Квант
Задачник «Кванта»

Решения задач М436—М440; Ф448, Ф450—Ф452

30

Решения задач
M436—M440; Ф448, Ф450—Ф452

M436. Дано 20 чисел a1,a2,…,a10,b1,b2,…,b10a_1, a_2, \dots, a_{10}, b_1, b_2, \dots, b_{10}. Докажите, что множество из 10 чисел (необязательное различных) a1+b1,a1+b2,…,a10+b10a_1 + b_1, a_1 + b_2, \dots, a_{10} + b_{10} можно разбить на 10 подмножества, по 10 чисел в каждой мак, чтобы сумма чисел в каждой подмножестве была одной и той же цифрой). Легко видеть, что в каждом столбце (в каждой строке) есть представители всех подмножества, так что индексы ii и jj чисел ai+bja_i + b_j, входящих в каждое из подмножества, принимают все значения от 1 до 10 (ровно по одному разу). Поэтому сумма чисел в каждом из подмножества одна и та же: a1+a2+⋯+a10+b1+b2+⋯+b10a_1 + a_2 + \dots + a_{10} + b_1 + b_2 + \dots + b_{10}.

С. Берковаю

Рис. 1.

Рис. 2.

М437. Докажите, что нечетное число, являющееся произведение n различных множителей, можно представить в виде разности квадратов двух натуральных чисел равно 2n−12^{n-1} различными способами.

М438. В данной семетии вычисляются всевозможные пары касацихса окружности. Для каждой пары окружности через точку касация про-
Докажем, что все эти прямые проходят через точку MM — середину дуги сегмента, дополнительного данный сегмента до кругга. Обозначим границу этого кругга через γ\gamma (рис. 3).

Через KK обозначим точку пересечения диаметра MNMN окружности γ\gamma с хордой ABAB данного сегмента. Пусть γ1\gamma_1 и

32

(еде a1,a2,…,ana_1, a_2, \dots, a_n — действительные k1,k2,…,knk_1, k_2, \dots, k_n — натуральные числа) имеет не более nn положительных корней.

в) Доказание, что уравнение
axk(x+1)p+bxl(x+1)q+cxm(x+1)r=1ax^k(x+1)^p + bx^l(x+1)^q + cx^m(x+1)^r = 1
(еде a,b,ca, b, c — действительные k,l,m,p,q,rk, l, m, p, q, r — натуральные числа) имеет не более 14 положительных корней.

Рис. 5.

части уравнения (1′)(1') на (−anxkn−1)(-a_n x^k n^{-1}), получим уравнение
b1xk1−kn+b2xk2−kn+⋯+bn−1xkn−1−kn=1b_1 x^{k_1}-k_n + b_2 x^{k_2}-k_n + \dots + b_{n-1} x^{k_n-1}-k_n = 1
(имеющей более n−1n-1 положительных корней). Продифференцировав обе части уравнения (2)(2), получим уравнение
bˉ1xk1−kn−1+bˉ2xk2−kn−1+⋯+bˉn−1xkn−1−kn−1=0\bar{b}_1 x^{k_1}-k_n-1 + \bar{b}_2 x^{k_2}-k_n-1 + \dots + \bar{b}_{n-1} x^{k_n-1}-k_n-1 = 0
(имеющей более n−2n-2 положительных корней). Проделав указанные действия n−1n-1 раз, мы придем к уравнению
αxm=1,(m=k1−k2),\alpha x^m = 1, (m = k_1-k_2),

которое, в силу сделанного предположения относительно уравнения (1)(1), должно иметь более одного положительного корня. Но это невозможно; значит, исходное уравнение (1)(1) не может иметь более nn положительных корней. Утверждение задачи 6) доказано.

Перейдем к задаче в). Нам понадобится следующий факт.

Пусть Pm(x)P_m(x) — многочлен от xx степени mm. Тогда произвольная выражения xk(x+1)pPm(x)x^k(x+1)^p P_m(x) имеет вид
xk−1(x+1)p−1Pm+1(x),x^{k-1}(x+1)^{p-1} P_{m+1}(x), где Pm+1(x)P_{m+1}(x) — многочлен от xx степени m+1m+1 (kk и pp — любые действительные числа). Действительно,

(xk(x+1)pPm(x))′=kxk−1(x+1)pPm(x)+(x^k(x+1)^p P_m(x))' = kx^{k-1}(x+1)^p P_m(x) +
+pxk(x+1)p−1Pm(x)+xk(x+1)pPm′(x)=+ px^k(x+1)^{p-1} P_m(x) + x^k(x+1)^p P'_m(x) =
=xk−1(x+1)p−1[k(x+1)Pm(x)+pxPm(x)+= x^{k-1}(x+1)^{p-1} [k(x+1)P_m(x) + pxP_m(x) +
+x(x+1)Pm′(x)]=xk−1(x+1)p−1Pm+1(x),+ x(x+1)P'_m(x)] = x^{k-1}(x+1)^{p-1} P_{m+1}(x),

где Pm+1(x)P_{m+1}(x) — многочлен степени m+1m+1, записанный в квадратных скобках (напомним, что степень многочлена Pm′(x)P'_m(x) равна m−1m-1).

Предположим теперь, что уравнение
axk(x+1)p+bxl(x+1)q+cxm(x+1)r=1ax^k(x+1)^p + bx^l(x+1)^q + cx^m(x+1)^r = 1
(имеющей более 14 положительных корней). Тогда, так же как и задачке 6), уравнение, полученное из него дифференцированием обихих частей, имеет более 13 положительных корней. Это уравнение будет такого вида (см. доказанное выше дифференцирования):

xk−1(x+1)p−1A1(x)+xl−1(x+1)q−1B1(x)+x^{k-1}(x+1)^{p-1} A_1(x) + x^{l-1}(x+1)^{q-1} B_1(x) +
+xm−1(x+1)r−1C1(x)=0+ x^{m-1}(x+1)^{r-1} C_1(x) = 0
(числа k,p,l,q,m,rk, p, l, q, m, r могут быть любыми действительными; A1(x),B1(x),C1(x)A_1(x), B_1(x), C_1(x) — многочлены первого степени).

Поделив обе части уравнения (4′)(4') на xm−1(x+1)r−1x^{m-1}(x+1)^{r-1} (это — «законная» операция: нас интересует только положительные корни!), мы получим уравнение
xk−m(x+1)p−rA1(x)+xl−m(x+1)q−rB1(x)+C1(x)=0x^{k-m}(x+1)^{p-r} A_1(x) + x^{l-m}(x+1)^{q-r} B_1(x) + C_1(x) = 0
(имеющей более 13 положительных корней). Продилев обе части уравнения (4′′)(4'') два раза, получим уравнение
xk−m−2(x+1)p−r−2A3(x)+xl−m−2(x+1)q−r−2B3(x)=0x^{k-m-2}(x+1)^{p-r-2} A_3(x) + x^{l-m-2}(x+1)^{q-r-2} B_3(x) = 0
(имеющей более 11 положительных корней (продумайте это!). Поделив обе части уравнения (5)(5) на xl−m−2(x+1)q−r−2x^{l-m-2}(x+1)^{q-r-2}, получим уравнение
xk−l(x+1)p−qA3(x)+B3(x)=0x^{k-l}(x+1)^{p-q} A_3(x) + B_3(x) = 0
(имеющей более 12 положительных корней). Продилев обе части уравнения (5′)(5') на xl−m−2(x+1)q−r−2x^{l-m-2}(x+1)^{q-r-2}, получим уравнение
xk−l(x+1)p−qA3(x)+B3(x)=0x^{k-l}(x+1)^{p-q} A_3(x) + B_3(x) = 0

34

Ф448. Почему бревна, пли-вуцице по реке, ориентированы вседа по местению, а не поперек его?

Рис. 8.

Ф450. Ядро массы m, легя-цee со скоростью v0v_0, распадается на лему на два одинаковых осолкка. Определим максимальное возможный угол между вектором скорости одного из осолков и вектором v0v_0, если при распаде покоящегося ядра осолки имеем скорость ∣v⃗∣<∣v⃗0∣|\vec{v}| < |\vec{v}_0|.

Рис. 9.

Ф451. Нарисуйте примерный график зависимости мока через сопротивление R от положения движения левжака помещением (рис. 10). При каком значении y=x/ly = x/l этом ток максимален?

K⋅C⋅3≤K3⋅KC⋅CK⋅C3⋅3C≤[16(K3+KC+⋯+3K)]6≤508,K \cdot C \cdot 3 \leq K_3 \cdot K_C \cdot C_K \cdot C_3 \cdot 3_C \leq \left[ \frac{1}{6} \left(K_3 + K_C + \dots + 3_K\right) \right]^6 \leq 50^8,

откуда X≤2500X \leq 2500.

Пример расположения 2500 шампуров в соответствии с условиями задачи 6) приведен на рисунке 7.

Н. Нечьемаев,
C. Фомин

Действие сил треня приводит к тому, что в русле реки устанавливается определенное распределение скоростей различных частей потока. Tonкие слои жидкости, примыкающие к берегам (и дну реки), неподвижны, а по мере приближения к середине реки (и к поверхности воды) скорость воды непрерывно возрастает (рис. 8).

Если в реку помещить бревно, расположенное под углом к течение, то та часть бревна, которая находится близке к берегу, будет движаться с меньшей скоростью, чем часть бревна, находящая близке к середине реки. Это приводит к тому, что бревно начинает поворачиваться. И будет поворачиваться до тех пор, пока близкая к середине реки到期 бревна не оказывается впереди, а само бревно не будет ориентирован по течение.

Скорость u⃗\vec{u} одного из осолков ядра равна

u⃗=v⃗0+v⃗,\vec{u} = \vec{v}_0 + \vec{v},

где v⃗0\vec{v}_0 — его скорость до распада ядра, а v⃗\vec{v} — скорость осолка относительно покоящегося ядра (то есть в той системе координат, в которой ядро до распада покойлось).

Расположим вектор v⃗0\vec{v}_0 так, как показано на рисунке 9. Конец вектора v⃗\vec{v} может лежать на окружности радиуса ∣v⃗∣|\vec{v}|. Из рисунка 9 видно, что вектор u⃗\vec{u} составляет максимальный угол α\alpha с вектором v⃗0\vec{v}_0, если угол между векторами u⃗\vec{u} и v⃗\vec{v} равен π/2\pi/2. В этом случае

α=arcsin⁡∣v⃗∣∣v⃗0∣.\alpha = \arcsin \frac{|\vec{v}|}{|\vec{v}_0|}.

Подвижный контакт (движок) делит сопротивление rr потенциометра на две части. Обозначим их через r1r_1 и r2r_2 (рис. 11), причем

r1=ry и r2=r(1−y).r_1 = ry \text{ и } r_2 = r(1 - y).

Общее сопротивление R0R_0 цепи равно

R0=R1+r2+r1Rr1+RR_0 = R_1 + r_2 + \frac{r_1R}{r_1 + R}

(считаем, что внутреннее сопротивление источника входит в R1R_1). Ток в цепи