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Problema de desafío de la escuela secundaria con respecto a los perímetros de triángulos.

Question 25

Alguien puede ayudar con Q25, de arriba? He tratado de aplicar el seno y el coseno de reglas, los argumentos acerca de la semejanza de triángulos, y el diagrama general de persecución fue en vano.

Estoy un poco confundido por la condición de que no sea sólo un número finito $m^2 + 2m -1$ de los posibles entero perímetros $p$. No extender $TR$ arbitrariamente lejos para recoger infinitamente muchos de estos valores de $p$, o hace que romper el ángulo bisector condición?

Muchas gracias de antemano.

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jmerry Puntos 219

Así, sabemos $m$, $n$, y la bisectriz de un ángulo condición. $\frac{RS}{RQ} = \frac{n}{m}$ por la bisectriz de un ángulo, $RS+RQ$ es un número entero desde el perímetro, y tenemos el triángulo de la desigualdad de condiciones $$|RS-RQ|< m+n < RS+RQ$$

Con que, vamos a dejar la geometría. Debemos señalar también las demás condiciones estipuladas en el problema: $n>m$ e $m+n$ es un múltiplo entero de $n-m$.

Deje $m+n=a(n-m)$ e $RS=bn$. A continuación, $RQ=bm$, y el triángulo de la desigualdad de las condiciones de convertirse en $$b(n-m) < a(n-m),\quad m+n < b(n+m)$$ o, equivalentemente, $1 < b < a$. Sabemos $a$ es un número natural, sino $b$ podría ser cualquier cosa. Para estrechar abajo las posibilidades de $b$, se nota que $b(n+m)$ es un número entero. Es estrictamente entre $m+n$ e $a(m+n)$, lo que conduce a $(a-1)(m+n)-1$ posibilidades. Ahora, hemos creado esta igual a $m^2+2m-1$ y hacer algo de álgebra: \begin{align*}(a-1)(m+n)-1 &= m^2 + 2m -1\\ \frac{(m+n)^2}{n-m} - (m+n) &= m^2+2m\\ (m+n)^2 - (n^2-m^2) &= m(m+2)(n-m)\\ 2m^2+2mn &= m^2n -m^3 + 2mn - 2m^2\\ 4m^2 &= m^2(n-m)\end{align*} Y no, la respuesta $n-m=4$ cae.

¿Por qué hay sólo un número finito de posibles valores enteros para el perímetro? Es el triángulo de la desigualdad, junto con la bisectriz de un ángulo condición. En el extremo inferior para el perímetro, el triángulo degenera al segmento $QS$ remontar dos veces, $R=T$ y el perímetro es $2(m+n)$. En el extremo superior, el triángulo degenera al segmento $RS$ remontar dos veces, $RS=\frac{m+n}{n-m}\cdot TS$, y el perímetro es $\frac{2n(m+n)}{n-m}$.

Que $n-m$ en el denominador es también por qué tenemos que la condición de que $n-m$ divide $m+n$, por el camino. Si no tenemos la fuerza el máximo perímetro que ser un número entero, el conde se ensucia.

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patrickmcin Puntos 21

Lo siento, no tengo ninguna reputación, así que no puedo dejar esto como un comentario, sólo quería a nombre de la fuente de esta pregunta.

Esto es a partir del 2019 Fermat Concurso, un concurso nacional para estudiantes de 11º grado en Canada distribuido por la Universidad de Waterloo. Este concurso se celebró hace unas 3 semanas, esta es la razón por la que probablemente no está en AOPS o de otros sitios, sin embargo. Resultados completos de la competición ya están en cuando así que no hay temor de estos comentarios estropear nada.

Soy un profesor de secundaria en Canadá y algunos de mis estudiantes escribieron este concurso. Ninguno de ellos tenía idea de cómo hacer esta pregunta, y yo no tenía idea de por dónde empezar! Me alegro de que esta fue respondida de manera que yo pueda compartir la solución con algunos de ellos!

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Max Puntos 16

Esto no es una solución completa, pero aquí están algunas observaciones re-encuadrar el problema que podría ser útil. Era demasiado largo para poner en los comentarios y, además, deja en claro por qué no puede haber una infinidad de posibilidades.

En primer lugar, la condición de que $RT$ es una bisectriz de un ángulo significa que la proporción de $RQ$ e $RS$ se fija en $\frac{m}{n}$. Esto significa que el vértice $R$ debe estar en el círculo de Apolonio definido por $QTS$ (es decir, el lugar geométrico de los puntos $R$ tal que $\frac{RQ}{RS} = \frac{m}{n}$ es un círculo). El círculo que pasa a través de $R$ e $T$ y su centro se encuentra en la extensión de $QS$. Usted puede trabajar el radio y el centro (me da un radio de $\frac{mn}{n-m}$ y el centro de la distancia de $Q$ de $\frac{m^2}{n-m}$).

En segundo lugar, la condición de que el perímetro es $p$ significa que queremos que la suma de las distancias de $R$ a $Q$ e $S$ a $p - (n + m)$. Eso significa que $R$ , debe recaer en la elipse con focos en $Q$ e $S$, y el eje principal parámetro de $p - (n + m)$.

Así que tenemos un círculo y una elipse, con el círculo que pasa a través de un punto sobre el eje, lo que significa que debe cruzar a menos que uno de ellos es totalmente contenida dentro de la otra. Visualización de $m$ e $n$ fijo (por lo tanto, la fijación del círculo), vemos que la elipse crece con $p$, y lo suficientemente grande como $p$ debe dejar de intersección del círculo.

Ahora, el número de posibles perímetro de valores es simplemente el número de opciones para $p$ que tiene el círculo y la elipse de la cruz. Presumiblemente hay una mancha de la manera de hacer que contar, pero no he encontrado todavía. Usted probablemente podría fuerza bruta el sistema de ecuaciones para los dos, pero es tarde y voy a dejar que alguien más. :D

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