Тема . Алгебраические текстовые задачи

Конструктивы в алгебре

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела алгебраические текстовые задачи
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#92428

Существует ли описанный 2021-угольник, все вершины и центр вписанной окружности которого имеют целочисленные координаты?

Источники: Тургор - 2021, 11.6, устный тур (см. turgor.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Есть два возможных ответа - да или нет. Если нет, то нужно доказывать, что абсолютно для любого числа в последовательность {A^i} найдется не подходящее число, что ну кажется очень непростой задачей. Тогда будем доказывать, что ответ «да».

Подсказка 2

Если мы хотим, чтобы верхняя целая часть A^n отличалось от ближайшего натурального квадрата на 2, то хотелось бы понять, чему равна эта верхняя целая часть. Вернее, что нам было бы удобнее взять за верхнюю целую часть, чтобы она отличалась от какого-то квадрата на 2? А если вспомнить как возводится число вида t + 1/t в квадрат?

Подсказка 3

Хотелось бы сделать так, чтобы число вида A^n + 1/A^n было бы целым и A было некоторым квадратом, чтобы как раз получить t^2n + 1/t^2n = (t^n + 1/t^n)^2 - 2. Осталось только понять, чему должно быть равно t, чтобы каждое выражение вида A^n + 1/A^n, при A = t^2, было бы целым.

Подсказка 4

Здесь вас на поиск подходящего t может натолкнуть либо мысль о процессе построения бесконечных цепных дробей, либо же тот факт, что число вида (a + b * sqrt(c))^k, где a, b, k - целые, это выражение вида t + l * sqrt(c). Заметьте, это верно и для отрицательных k.

Подсказка 5

Да, можно просто сказать, что t — корень некоторого уравнения с целыми коэффициентами и отрицательным коэффициентом при x, ведь тогда t + 1/t = c, где с - целая положительная константа.

Подсказка 6

Тогда, по модулю факта про возведение таких иррациональностей в степень, можно сказать, что задача решена, поскольку мы нашли такое t, что любое выражение вида t^k + 1/t^k - целое, а значит, нашли подходящее А.

Показать ответ и решение

Будем называть точку с рациональными координатами рациональной. Рассмотрим окружность x2 +y2 = 1  . Докажем, что на ней существует сколь угодно много рациональных точек.

Рассмотрим прямую вида y =kx+ 1  с рациональным k  . Она проходит через точку (0,1)  окружности, и вторая точка пересечения с окружностью тоже будет рациональной (поскольку квадратное уравнение  2        2
x + (kx +1) = 1  с рациональными коэффициентами имеет рациональный корень 0 , второй корень также рационален).

Выбирая разные рациональные k  , отметим на окружности 2021 рациональную точку, включая точки (−1,0),(1,0),(0,1),(0,− 1)  . Через каждую из этих 2021 точек проведём касательную к окружности и отметим точки пересечения соседних касательных, получим описанный 2021-угольник (строго это можно обосновать, например, так: сначала получим описанный квадрат, проведя касательные в четырёх указанных точках, а затем по очереди проведём остальные касательные: каждая будет отсекать от уже имеющегося многоугольника треугольник, примыкающий к вершине).

Заметим, что уравнения касательных имеют рациональные координаты (поскольку касательные перпендикулярны прямым, соединяющим начало координат с рациональными точками касания). Точка пересечения прямых с рациональными координатами рациональна (как единственное решение системы линейных уравнений с рациональными коэффициентами). Значит, вершины нашего 2021-угольника рациональны. Приведём координаты вершин к общему знаменателю N  и рассмотрим гомотетию с центром в начале координат и коэффициентом N  . Она переведёт наш 2021-угольник в удовлетворяющий условию задачи.

Ответ: да

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!