A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. Alábbiakban közöljük a kezdők (I. osztályosok) versenyén kitűzött feladatok megoldásait. Az I. forduló feladatai: 1. feladat. Mennyi a %-os alkoholt kell hozzátöltenünk b liter c %-os alkoholhoz, hogy d %-os alkoholt kapjunk ? Megoldás: Nyilvánvalóan csak akkor várható megoldása a feladatnak, ha az és közé eső érték. Általában %-os alkohol azt jelenti, hogy liter oldatban liter alkohol van. Így, ha a liter % alkoholhoz liter %-os alkoholt adva, a keletkezett liter %-os lesz, ekkor az alkoholtartalmat kétféleképpen kiszámítva Innen, ha Ez -re akkor ad pozitív értéket, ha és egyező előjelű, ami éppen azt jelenti, hogy az és közé esik. 2. feladat. Szerkesszünk háromszöget, ha ismeretes a kerülete (k), egyik oldala (c), és a másik két oldallal szemközti szögek különbsége . Megoldás: Jelöljük az adott szögkülönbséget -val. Ha a oldal és a kerület adott, akkor ismert a másik két oldal összege is. A szerkeszthetőséghez természetesen szükséges, hogy azaz legyen. Forgassuk rá egy tetszésszerinti háromszögben pl. a oldal meghosszabbítására a oldalt (1. ábra). 1. ábra A keletkezett egyenlő szárú háromszög csúcsánál levő külső szöge az háromszög szöge, így az alapon fekvő szögek nagyságúak. Számítsuk ki a keletkező háromszögben az -nál levő szöget: | |
Az háromszögben ismert tehát két oldal és a nagyobbikkal szemközti szög, így ez egyértelműen megszerkeszthető. Az oldal felező merőlegese metszi ki az oldalból a pontot (2. ábra). 2. ábra Ez a oldal belsejére esik, mert az szög tompaszög. A keletkezett háromszög kielégíti a feltételeket, mert ‐ szögeit , , -vel jelölve ‐ az háromszög szerkesztés szerint egyenlő szárú, így az alapon fekvő szögei feleakkorák, mint a csúcsnál levő külső szög, . Ezért | | Innen másrészt a csúcsból induló oldalak összege szintén az előírt érték. Megjegyzés: Az oldal a csúcsból induló szögfelezővel párhuzamos, és ha az oldal meghosszabbítására mérjük rá a -vel egyenlő távolságot, akkor ugyanúgy is párhuzamos a szögfelezővel. (1. ábra). A szerkesztés ennek alapján úgy is befejezhető, hogy az háromszög után ugyanarra az oldalra megszerkesztjük az háromszöget és is. Ekkor az és oldalak metszéspontjaként adódik (2. ábra). 3. feladat. Vonjuk le egy egész szám utolsó jegyének kétszeresét az utolsó jegy elhagyásával kapott számból (ha az egész szám egyjegyű, akkor -ból). Igazoljuk, hogy ha az eredmény osztható -tel, akkor az eredeti szám is mindig osztható -tel, ha viszont az eredmény nem osztható -tel, akkor az eredeti szám sem lehet -tel osztható. Megoldás: Az adott egész számot -nel, utolsó számjegyét -vel, az ennek elhagyásával keletkező számot -val jelölve (, ) a feladat előírása szerint az számhoz a számot kell kiszámítani. Innen kiküszöbölhetjük pl. -t úgy, hogy -t hozzáadjuk kétszereséhez: A jobboldal osztható 7-tel, azért a baloldali összegnek is oszthatónak kell lennie 7-tel. Ebből következik, hogy ha valamely tag osztható 7-tel, akkor a másik is. Ha tehát osztható 7-tel, akkor is osztható 7-tel, különben pedig nem. Ebből továbbá következik a feladat állítása, mert tudjuk, hogy akkor és csakis akkor osztható 7-tel, ha osztható 7-tel. Világos, hogy ha osztható 7-tel, akkor is. Ha viszont nem osztható 7-tel, akkor 1, 2, 3, 4, 5 vagy 6 maradékot ad, és a kétszerese ekkor rendre 2, 4, 6, 1, 3 illetőleg 5 maradékot ad, tehát szintén nem osztható 7-tel. A II. forduló feladatai: 1. feladat. Bizonyítsuk be, hogy bármilyen pozitív vagy negatív (esetleg ) számokat jelentsen a, b, c, d. Mikor érvényes az egyenlőség jele ? Megoldás: Képezzük a két oldal különbségét | | , , , minden számbajövő értékére. Egyenlőség csak abban az esetben állhat fenn, ha Megjegyzés. 1. A bizonyítás a következő azonosság levezetésével történt: | | Ebből az itt bizonyított egyenlőtlenség mellett egy számelméleti érdekesség is leolvasható: ha itt , , , egész számokat jelentenek, akkor az azonosság azt fejezi ki, hogy ha két egész szám kifejezhető két négyzetszám összegeként ( és ), akkor a szorzatuknak is megvan ez a tulajdonsága. Ez lényeges segítséget nyújt annak a kérdésnek vizsgálatában, hogy mely számok állíthatók elő két négyzetszám összegeként (lásd idevonatkozóan pl. Matematikai Versenytételek II. részben az 1938. évi 1. feladathoz fűzött jegyzetet). 2. Könnyen igazolható a felhasznált azonosság következő általánosítása: ,
amiből leolvashatjuk az | | nevezetes Cauchy-féle egyenlőtlenséget. Itt egyenlőség csak akkor állhat fenn, ha a -k a megfelelő -ből minden egyes -re ugyanazon számmal való szorzással keletkeznek. 2. feladat. Szerkesszünk háromszöget, ha adva van a kerülete s, a beírt kör sugara , és szögeik szöge . I. megoldás: Legyenek a háromszög csúcsai , , , az ezeknél fekvő szögek , , . Mivel a beírt kör középpontját a szögfelező metszéspontja adja, ezért az oldal látószöge az pontból (3. ábra) 3. ábra
| | (1) |
Ez a szög tehát ismeretében megszerkeszthető. Azt is tudjuk, hogy a oldaltól távolságra van, így a szerkesztés elvégezhető, ha -t meg tudjuk szerkeszteni. Legyenek a beírt kör érintési pontjai a , , oldalon , , , akkor ismeretes, hogy (Valóban a körhöz egy pontból húzott érintő egyenlő volta miatt | |
Ezzel a következő szerkesztéshez jutottunk: Rajzoljunk nagyságú szöget, csúcspontját jelöljük -vel (4. ábra). 4. ábra Húzzunk az egyik szárával párhuzamos egyenest távolságban, amely metszi a másik szárat egy pontban. Az előbbi szárra mérjük rá a csúcstól a távolságot, a -ból -re bocsátott merőleges talppontja legyen . Rajzoljuk meg azt a körívet, amelyből a szakasz szög alatt látszik. Messe ez az először húzott párhuzamost és pontokban. Rajzoljunk pl. körül sugarú kört. Az ehhez -ből és -ből húzott érintők metszéspontja lesz a keresett háromszög harmadik csúcspontja. (E két érintő szükségképpen metszi egymást, a ugyanazon az oldalán, amelyen a kör van. Ugyanis ezen érintőknek a szakasszal bezárt, a kör oldalán fekvő szögei , illetőleg , és e két szög összege .) Csak az így kapott háromszög felelhet meg a feladat feltételeinek, tehát nincs megoldása a feladatnak, ha a látókörív nem metszi a távolságban húzott párhuzamost. Az háromszög valóban megfelel a feltételeknek, mert beírt körének sugara , ennek a középpontjából a oldal szög alatt látszik, s így az csúcsnál fekvő szögre (1) szerint Végül a beírt kör érintési pontját a oldalon -gyel jelölve, a szerkesztett háromszög kerületére (2) szerint De az és derékszögű háromszögek egybevágók, mert -nál, illetőleg -nél fekvő hegyesszögük , és az ezzel szemközti befogó mindkét háromszögben . Így Ennélfogva a szerkesztés szerint. Ha helyett az -ből kiindulva fejezzük be a szerkesztést, akkor -vel egybevágó megoldást kapunk, mert és szimmetrikus a szakaszt felező merőlegesére. Megjegyzés. Legyen az háromszög köré írt kör -t nem tartalmazó ívének felezőpontja (5. ábra). 5. ábra Tudjuk, hogy az csúcsnál fekvő szög felezője átmegy -n, és egyszerű szögszámítás adja, hogy a háromszög egyenlő szárú: . Így , és egy középpontú körön vannak. Ez éppen a fenti megoldásban használt látókörív. Mivel megszerkesztése után, ismeretében a körülírt kör megszerkeszthető, így a pont is. E körül -n és -n át körívet rajzolva, annak egyik metszéspontját a -től távolságra húzott párhuzamossal kössük össze -vel. Ez metszi ki a körülírt körből -t. Többen választották ezt a szerkesztési utat. Ehhez természetesen megfelelően kell módosítani annak bizonyítását is, hogy az háromszög megfelel a feladat feltételeinek. (Lásd a jelen számban kitűzött 372. gyakorlatot.) II. megoldás: Forgassuk le egy háromszög oldalait pl. az oldal meghosszabbítására (6. ábra) 6. ábra Ha az csúcsnál levő szög , akkor a háromszög egyenlő szárú voltából következik, hogy Az előző megoldásban láttuk, hogy a oldal az adatokból megszerkeszthető, így megszerkeszthető a háromszög is a következő módon: Miután -t megszerkesztettük, mint az előző megoldásban, mérjük fel egy egyenesre távolságot, ennek végpontjában az szöget, a -től távolságra levő pont körül pedig rajzoljunk sugárral kört (7. ábra). 7. ábra E körnek a szög másik szárával való valamelyik metszéspontja ‐ ha van ilyen ‐ legyen . A szakasz felező merőlegese metszi ki a szakaszból az pontot. Az háromszög valóban megfelel a feltételeknek, mert szerkesztés szerint a háromszög egyenlő szárú, így , és a háromszög -nál levő külső szöge Ez az háromszög belső szöge kell, hogy legyen. Ugyanis a szerkeszthetőséghez szükséges, hogy legyen. Ez esetben az sugarú középpontú körön kívül van. Ha a kör és a egyenes másik metszéspontját -gyel jelöljük, akkor a szakasz felező merőlegese -n megy át; mivel pedig (és ) felezőpontja és a szakasz felezőpontja közé esik, így -nak is és közé kell esnie. tehát az háromszögnek valóban belső szöge. A háromszög kerülete: Így az I. megoldás (1) szerint a beírt kör érintési pontja -tól távolságra van. Ebből, mivel a beírt kör középpontja az szög felezőjén van, a megszerkesztése szerint következik, hogy a beírt kör sugara olyan derékszögű háromszög befogója, melynek ezzel szemközti szöge , a másik befogója pedig . Mivel -t egy ugyanilyen háromszög segítségével szerkesztettük, melynek emellett kérdéses befogója hosszúságú, így a megszerkesztett háromszög beírt körének sugara . A háromszög tehát megfelel a feladat feltételeinek. Azt állítjuk, hogy ha helyett -ből kiindulva szerkesztünk egy háromszöget, ez az előbbivel egybevágó lesz (a megfelelt csúcsok , és ). Valóban is és közé esik. Essék mondjuk a a és pontok közé, és jelöljük az és háromszögek szögeit , , , illetőleg , , -gyel. Szerkesztés szerint a megadott szög. A egyenlő szárú háromszögből így a -nél keletkező szögek összege | | tehát . Az és háromszögek tehát hasonlók, mivel pedig és oldaluk egyenlő, tehát egybevágók is. III. megoldás: Rajzoljuk meg a háromszög oldalához hozzáírt kört is. A betűzést a 8. ábra mutatja. 8. ábra Ismeretes, hogy ekkor (Valóban a körhöz egy pontból húzott érintők egyenlősége folytán | |
Ez a következő szerkesztéshez vezet: Szerkesszünk nagyságú szöget, csúcsa legyen , és szerkesszük meg a két szárat érintő sugarú kört. Mérjük rá a szög egyik szárára az távolságot, és szerkesszük meg azt a kört, amelyik mindkét szárat érinti, egyiket -ben. Húzzuk meg a két kör egyik közös belső érintőjét, messe ez a szög szárait és pontokban. a keresett háromszög, mert -nál levő szöge , beírt körének sugara , és a (3) összefüggésből következik, hogy kerülete . A másik belső közös érintő meghúzása nyilvánvalóan a megszerkesztettel egybevágó háromszöghöz vezet. 3. feladat. A községből egy nő óra perckor elindult és egyenletesen haladva óra perckor érkezett B községbe. Ugyanezen a napon B-ből óra perckor indult el egy férfi ugyanazon az úton, és állandó sebességgel óra perckor ért A-ba. Útközben egyszerre értek egy hídhoz, amelyet a nő (miután egymás mellett elhaladtak) perccel később hagyott el, mint a férfi. Mikor értek a hídhoz és hol vannak a híd végpontjai ? I. megoldás: Az egész utat a nő 192 perc alatt tette meg, a férfi 160 perc alatt. Mivel mindketten egyenletesen haladnak, azért ugyanakkora út megtételéhez a nőnek és férfinak szükséges idők aránya mindig Jelöljük a híd végigjárásához a férfinek szükséges időt ‐ percekben ‐ -vel, ekkora nő a feltétel szerint perc alatt jut át a hídon, és így A híd hosszát távolságegységnek választva, az egész út hossza (a férfi menetidejéből számítva) A híd eléréséig a nő és a férfi együtt 31 hídhossznyi utat tett meg. Ha a nő útja ebből hídhossz volt, akkor, mivel a nő egy hídhosszat 6 perc alatt tesz meg, azért idő alatt ért a hídhoz. A férfi 78 perccel korábban indult el, mint a nő, és () 5 percig ment, míg a hídhoz ért. Mivel egyszerre értek a hídhoz, azért
Eszerint a nő (és ugyanakkor a férfi is) a nő elindulásától számított perc múlva ér a hídhoz, vagyis mindketten 11 óra 13 perckor érik el a hidat. A híd felőli hídfője 7 hídhossznyira van -tól és így a másik hídfő 24 hídhossznyira -től. II. megoldás: A férfi 160 perc alatt teszi meg az egész utat és 78 perce gyalogol, mikor a nő elindul, tehát megtette már az út részét, együtt tehát még az út részét teszik meg a találkozásig. Mivel egyenletesen haladnak, mindketten, így sehességeik aránya másszóval, ami utat a férfi 5 perc alatt tesz meg, azt a nő 6 perc alatt. Ebből mindjárt az is következik, hogy a hídon is 5, illetőleg 6 perc alatt haladnak át. A fenti arányt úgy is értelmezhetjük, hogy az ugyanazon idő alatt együttesen megtett útnak -ét teszi meg a nő, -ét a férfi. Így az egész útnak -tól mért részénél találkoznak, és ez a hídnak -tól mért részénél lesz. A híd hossza (a férfi menetidejéből számítva) az egész út része, így a híd -hoz közelebb eső vége -tól az út részén, a túlsó vege pedig az út -tól mért negyedrészére van. A -ből induló férfi a hídig terjedő utat, azaz az egész út részét óra alatt teszi meg, tehát mindketten 11 óra 13 perckor érnek a hídhoz. |