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> XXXVIII IMO (1997), Mar del Plata, Argentina
Killua
mensaje May 17 2007, 01:03 PM
Publicado: #1


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38ª OLIMPIADA INTERNACIONAL DE MATEMÁTICA
Mar del Plata, Argentina, 1997


Primera Prueba: Jueves 24 de julio de 1997


Problema 1: Considere los puntos de coordenadas enteras en el plano como los vértices de cuadrados unitarios. Los cuadrados se colorean alternadamente de blanco y negro (como un tablero de ajedrez).

Para cada par TEX: $m, n\in\mathbb{Z}^+$, considere un triángulo rectángulo cuyos vértices tienen coordenadas enteras y cuyos catetos, de longitudes TEX: $m$ y TEX: $n$, están sobre los lados de los cuadrados. Sean TEX: $S_1$ el área total de la región negra del triángulo y TEX: $S_2$ el área total de su región blanca. Sea TEX: $f(m, n)=|S_1-S_2|$

TEX: $(a)$ Calcule TEX: $f(m,n)$ para todos los enteros positivos TEX: $m$ y TEX: $n$ que son o ambos pares o ambos impares.
TEX: $(b)$ Pruebe que TEX: $f(m, n)\le\dfrac{1}{2}max\{m, n\}$ para todo TEX: $m, n$
TEX: $©$ Demuestre que no existe ninguna constante TEX: $\mathcal{K}$ de modo que TEX: $f(m,n) < \mathcal{K}$ para todo TEX: $m, n$.

Problema 2: El TEX: $\angle{A}$ es el menor ángulo en el TEX: $\triangle{ABC}$. Los puntos TEX: $B$ y TEX: $C$ dividen al circuncírculo del TEX: $\triangle{ABC}$ en dos arcos. Sea TEX: $U$ un punto en el arco TEX: $BC$ que no contiene a TEX: $A$. Las mediatrices de los lados TEX: $\overline{AB}$ y TEX: $\overline{AC}$ cortan a TEX: $\overleftrightarrow{AU}$ en TEX: $V$ y TEX: $W$, respectivamente. Sea TEX: $T=\overleftrightarrow{BV}\cap\overleftrightarrow{CW}$. Pruebe que TEX: $AU = TB + TC$

Problema 3: Sean TEX: $x_1, x_2, x_3, \ldots, x_n\in\mathbb{R}$ que verifican

TEX: $|x_1+x_2+x_3+\ldots+x_n|=1$
TEX: $|x_i|\le\dfrac{n+1}{2}, i=1, 2, \ldots, n$

Pruebe que existe una permutación TEX: $y_1, y_2, y_3, \ldots, y_n$ de TEX: $x_1, x_2, x_3, \ldots, x_n$ que cumple

TEX: $|y_1+2y_2+\ldots+ny_n|\le\dfrac{n+1}{2}$


Segunda Prueba: Viernes 25 de julio de 1997


Problema 4: Una matriz TEX: $n\times{n}$ (es decir, un tablero cuadrado de TEX: $n$ filas y TEX: $n$ columnas) se rellena con números del conjunto TEX: $S=\{1, 2, \ldots , 2n - 1\}$. Se denomina matriz de plata si, para cada TEX: $i = 1, \ldots , n$, la i-ésima fila y la i-ésima columna juntas contienen todos los números del conjunto TEX: $S$. Demuestre que:

TEX: $(a)$ No existe ninguna matriz de plata para TEX: $n = 1997$

TEX: $(b)$ Existen matrices de plata para infinitos valores de TEX: $n$.

Problema 5: Encuentre todos los pares de enteros TEX: $(a,b)$, con TEX: $a, b\ge{1}$, que satisfacen la ecuación

TEX: $a^{b^2}=b^a$


Problema 6: Para cada TEX: $n\in\mathbb{Z}^+$ , sea TEX: $f(n)$ el número de formas en que se puede representar a TEX: $n$ como suma de potencias de 2 con exponentes enteros no negativos.

Las representaciones que difieren únicamente en el orden de sus sumandos se consideran iguales. Por ejemplo TEX: $f(4)=4$, porque 4 puede ser representado de las siguientes formas: TEX: $4; 2+2; 2+1+1; 1+1+1+1$.

Demuestre que para cada entero TEX: $n\ge{3}$

TEX: $2^{n^2/4}<f(2^n)<2^{n^2/2}$


Resumen de soluciones



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Killua
mensaje May 17 2007, 07:16 PM
Publicado: #2


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Creo haber visto este problema en el foro, y la solución también... por eso tal vez me salió rápido, mi mente tendría asimilada la solución... pero es un problema de la IMO, y me sentí bien al hacerlo smile.gif

CITA(Killua @ May 17 2007, 02:03 PM) *
Problema 2: El TEX: $\angle{A}$ es el menor ángulo en el TEX: $\triangle{ABC}$. Los puntos TEX: $B$ y TEX: $C$ dividen al circuncírculo del TEX: $\triangle{ABC}$ en dos arcos. Sea TEX: $U$ un punto en el arco TEX: $BC$ que no contiene a TEX: $A$. Las mediatrices de los lados TEX: $\overline{AB}$ y TEX: $\overline{AC}$ cortan a TEX: $\overleftrightarrow{AU}$ en TEX: $V$ y TEX: $W$, respectivamente. Sea TEX: $T=\overleftrightarrow{BV}\cap\overleftrightarrow{CW}$. Pruebe que TEX: $AU = TB + TC$


Solución al problema 2



TEX: \noindent Sean $C'$ y $B'$ los puntos medios de $\overline{AB}$ y $\overline{AC}$, respectivamente. Sean $D$ y $E$ los puntos donde las rectas $\overleftrightarrow{CW}$ y $\overleftrightarrow{BV}$ cortan al circunc\'irculo, respectivamente. Notemos que por $LAL\ \triangle{VC'A}\cong\triangle{VC'B}$, luego $\angle{VAC'}=\angle{VBC'}=\alpha$; tambi\'en por $LAL\ \triangle{WB'C}\cong\triangle{WB'A}$, de aqu\'i $\angle{WCB'}=\angle{WAB'}=\beta$, luego el tri\'angulo $WCA$ es is\'osceles en $W$, luego $CW=WA$. Por \'angulos inscritos $\angle{ACD}=\angle{AUD}=\beta$ y $\angle{CAU}=\angle{CDU}=\beta$, por lo que el tri\'angulo $WDU$ es is\'osceles en $W$, de donde $WD=WU$. As\'i $CW+WD=WA+WU\Rightarrow\boxed{CD=AU}$\\<br /><br />\noindent Por \'angulo inscrito $\angle{UAB}=\angle{UDB}=\alpha$ y $\angle{AUD}=\angle{ABD}=\beta$, entonces $\angle{TDB}=\angle{TBD}=\alpha+\beta\Rightarrow\boxed{TD=TB}$. Finalmente notemos que $CD=TC+TD=TC+TB=AU$, o sea $AU=TC+TB$, probando lo pedido $\blacksquare$

Saludos pompomgirl.gif


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mp11
mensaje May 17 2007, 08:04 PM
Publicado: #3


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Esta bien , felicidades, y tienes razon , es un problema de IMO y si bien era bien facil, muchos no lo sacaron. Yo creo que cuando uno esta en una olimpiada asi de importante, no solo la calidad de los problemas y de tus habilidades cuentan, un poco de todo. Yo hice este problema, y lo hice en los ultimos 10 minutos de esa prueba pues al verlo crei que era dificil, y trate, en vano de sacar puntos en el 1.... cuando vi que el tiempo se acababa hice un buen dibujo del probema 2 y los triangulos isosceles aparecieron... es bueno siempre hacer un buen dibujo a mano, no se mal acostumbren con los PC's.


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The Lord
mensaje May 17 2007, 09:48 PM
Publicado: #4


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Aqui pongo la solución que yo le di a ese problema. No creo q sea la solución mas corta, pero al menos salio de mi cabeza bangin.gif
Solución Problema 2:

TEX: \noindent Sea $\angle BAU=\alpha$, $\angle UAC=\beta$, $\angle CBV=\gamma$. Notemos que $AV=VB$, $AW=WC$ (por simetral). Trazamos $\overline {CU}$ y $\overleftrightarrow {BU}$, luego $\angle UBC=\beta$,$\angle BCU=\alpha$.\\ Sea $T'\in AU: WT=WT'$. Prolongamos $TT'$ hasta intersectar a $\overleftrightarrow {BU}$ en $P$.<br />Veamos que $\angle TCB=180-2\alpha-2\beta-\gamma$(1). No es complicado ver que $\angle WTT'=\angle WT'T=\beta$. Luego TBPC es ciclico  $\Rightarrow \angle BPT=180-2\alpha-2\beta-\gamma$ (por (1)) (2), como $\angle BTC=2\alpha+2\beta \Rightarrow \angle BPC= 180-2\alpha-2\beta \Rightarrow \angle TPC=\gamma$.\\<br />Prolongamos PC hasta cortar a la circunferencia en $P'$. Por ciclico ABUC, $\angle CUP=\alpha+\beta$. Como $\angle BTC=2\alpha+2\beta \Rightarrow \angle BTP=2\alpha+\beta \Rightarrow \angle BCP=2\alpha+\beta \Rightarrow \angle UCP=\alpha+\beta$, luego $UP=PC$, de esto sigue que $CP'=BU$ (potencia de P), entonces $\angle CUP'=\alpha$. Como $\angle AUC=\alpha+\gamma \Rightarrow \angle AUP'=\gamma$, se sigue que $UPP'T'$ es ciclico $\Rightarrow \angle T'P'U= 180-2\alpha-2\beta-\gamma$(por (2)). Es directo que $BC=UP'$. Finalmente $\vartriangle TBC \cong \vartriangle T'UP' (ALA) \Rightarrow T'U=TB \Rightarrow BT+TW=UW\Rightarrow AU=TB+TC$<br />

Saludos


Nota: No detalle mucho como se van concluyendo algunos pasos, por cosa de tiempo (confio en el esmero del atento lector egresado.gif whistling.gif )
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S. E. Puelma Moy...
mensaje Jan 3 2009, 10:32 AM
Publicado: #5


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He aquí mi solución para el problema 5. Tampoco puedo prometer que es la solución más corta. De hecho, creo que la redacción está bastante enredada y eso significa que cada lector debe estar sumamente atento.

Me avisan en caso que encuentren algún error de tipeo.

MCD = Máximo Común Divisor.

Solución Problema 5

Si a=1, entonces TEX: $1^{b^2}=1=b^1$. La única solución es (1,1). Si b=1, entonces TEX: $a^{1²}=a=1=1^a$. La única solución es (1,1) (que ya fue encontrada). En adelante, supongamos que TEX: $a\ge2$ y que TEX: $b\ge2$.

Todo número TEX: $c\ge2$ tiene una única representación en la forma TEX: $l©^{m©}$, donde TEX: $l©$ no es de la forma xy, con y>1. Si la descomposición de c en factores primos es: TEX: $c={p_1}^{\alpha_1}\cdot\ldots\cdot{p_r}^{\alpha_r}$, entonces TEX: $m©=MCD(\alpha_1,\ldots,\alpha_r)$ y TEX: $l©=c^{\frac1{m©}}$. Observe que siempre TEX: $l©\ge2$ y TEX: $m©\ge1$.

Afirmación: Sean t,u,v,w,x,y,z enteros positivos tales que TEX: $t\ge2,u\ge2,w\ge2,x\ge2$. Si t=uv, entonces TEX: $l(t)=l(u)$. En particular: si wy=xz, entonces TEX: $l(w)=l(x)$.

Demostración:

Aplicando esta afirmación en el problema, se concluye que TEX: $a^{b^2}=b^a\Rightarrow l(a)=l(b)=l$. Escribiendo TEX: $m=m(a),n=m(b)$, se tiene lo siguiente: TEX: $l^{mb^2}=l^{na}\Rightarrow mb^2=na\Rightarrow ml^{2n}=nl^m$. Se tienen dos casos:

Caso 1: TEX: $2n\ge m$

Entonces ml2n-m=n. Escribiendo p=l2n-m (entero positivo), se tiene que mp=n, entonces:

TEX: $p=l^{2mp-m}=l^{m(2p-1)}\ge2^{m(2p-1)}>m(2p-1)\ge2p-1\ge p\text{ (Contradicción)}$

Caso 2 2n<m

Entonces m=nlm-2n. Escribiendo q=lm-2n, se tiene que q es entero positivo, TEX: $q\ge2$ y nq=m, entonces:

TEX: $q=l^{nq-2n}=l^{n(q-2)}\ge2^{n(q-2)}>n(q-2)=nq-2n$

Si q=2, entonces TEX: $2=l^{n(2-2)}=l^0=1$, absurdo. Por lo tanto, TEX: $q\ge3$. A partir de la desigualdad q>nq-2n se tiene lo siguiente:

TEX: \begin{align*}<br />nq-2n&<q\\<br />nq-2n&\le q-1\\<br />nq-2n-q+2&\le1\\<br />(n-1)(q-2)&\le1<br />\end{align*}

Pero el lado izquierdo de la desigualdad es no negativo. Si q=3, entonces TEX: $3=l^{n(3-2)}=l^n\Rightarrow n=1$. Si TEX: $q\ge4$, entonces TEX: $q-2\ge2$, luego n-1=0.

Esto significa que n=1, en cualquier caso, entonces TEX: $b=l$ y a=lm=bm. Además: TEX: $m=q=l^{q-2}$.

Si TEX: $l\ge5$, la desigualdad de Bernoulli permite concluir lo siguiente:

TEX: $q=l^{q-2}\ge5^{q-2}=(1+4)^{q-2}\ge1+4(q-2)=4q-7\Rightarrow7\ge3q\ge9\text{ (Contradicción)}$

Por lo tanto TEX: $l\in\{2,3\}$. Dependiendo del valor de TEX: $l$, se tiene lo siguiente
  • TEX: $l=2$: entonces TEX: $q=2^{q-2}\Rightarrow q=4\Rightarrow m=nq=4$. Por lo tanto, a=24=16,b=21=2. La única solución del caso es (16,2).
  • TEX: $l=3$: entonces q=3q-2$, entonces q=3 y m=nq=3. Por lo tanto, a=33=27,b=31=3. La única solución del caso es (27,3).
Por lo tanto, el conjunto de todos los pares (a,b) de números enteros positivos, tales que TEX: $a^{b^2}=b^a$, es:

{ (1,1) , (16,2) , (27,3) }


--------------------
Sebastián Elías Puelma Moya
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mensaje Jul 20 2010, 01:47 PM
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CITA(Killua @ May 17 2007, 02:03 PM) *
Problema 2: El TEX: $\angle{A}$ es el menor ángulo en el TEX: $\triangle{ABC}$. Los puntos TEX: $B$ y TEX: $C$ dividen al circuncírculo del TEX: $\triangle{ABC}$ en dos arcos. Sea TEX: $U$ un punto en el arco TEX: $BC$ que no contiene a TEX: $A$. Las mediatrices de los lados TEX: $\overline{AB}$ y TEX: $\overline{AC}$ cortan a TEX: $\overleftrightarrow{AU}$ en TEX: $V$ y TEX: $W$, respectivamente. Sea TEX: $T=\overleftrightarrow{BV}\cap\overleftrightarrow{CW}$. Pruebe que TEX: $AU = TB + TC$




TEX: Sean $\alpha=\angle BAU$ y $\beta=\angle CAU$. Como el $ABUC$ es cíclico, entonces gracias al Teorema de Ptolomeo, se tiene que: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{AB\cdot CU+AC\cdot BU}{BC^2}=\dfrac{sen(\angle B)\cdot sen(\alpha)+sen(\angle C)\cdot sen (\beta)}{(sen (\angle A))^2} $$<br /><br />Veamos que $sen(\angle B)\cdot sen(\alpha)=\frac{1}{2}(cos(\angle B-\alpha)-cos(\angle B+\alpha))$, y a partir de esto se obtiene que: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{cos(\angle B-\alpha)+cos(\angle C-\beta) - (cos(\angle B+\alpha)+cos(\angle C+\beta))}{2\cdot (sen(\angle A))^2}$$<br /><br />Como $\alpha +\angle B+\beta+\angle C=180º$, entonces $cos(\angle B+\alpha)=-cos(\angle C+\beta)$ y la igualdad obtenida previamente se reduce a: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{cos(\angle B-\alpha)+cos(\angle C-\beta)}{2\cdot (sen (\angle A))^2}$$<br /><br />Ahora notemos que $cos(x+y)+cos(x-y)=2cos(x)cos(y)$ (*), y al aplicarlo en la igualdad anterior, se obtiene que: $$\dfrac {AU}{BC}=\dfrac{cos(90-\angle A)\cdot cos (\frac{1}{2}((\angle B-\alpha)-(\angle C-\beta)))}{(sen (\angle A))^2}$$<br /><br />Como $cos (90-x)=sen (x)$, la igualdad se reduce a: $$\dfrac {AU}{BC}=\dfrac{cos(\frac{1}{2}((\angle B-\alpha)-(\angle C-\beta)))}{sen (\angle A)}$$<br /><br />A partir de lo anterior se obtiene que: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{2\cdot cos(\angle A)\cdot cos(\frac{1}{2}((\angle B-\alpha)-(\angle C-\beta)))}{sen (2\angle A)}$$<br /><br />Aplicando nuevamente lo expuesto en (*), tenemos que: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac {cos (90-\angle B+\alpha)+cos(90-\angle C+\beta)}{sen (2\cdot \angle A)}$$<br /><br />Luego: $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{sen (\angle B-\alpha)}{sen (2\cdot \angle A)}+\dfrac{sen (\angle C-\beta)}{sen (2\cdot \angle A)} (**)$$

TEX: Ahora nos fijaremos en el $\triangle TBC$. Por ser $W$ un punto que yace en la simetral de $AB$, tenemos que $\angle WBA=\angle WAB=\alpha$. Entonces $\angle TBC=\angle WBC=\angle B-\alpha$. Análogamente $\angle TCB=\angle C-\beta$ y por consiguiente $\angle BTC=2\angle A$. Entonces, en virtud de la ley de los senos obtenemos lo siguiente respecto a (**): $$\dfrac{AU}{BC}=\dfrac{sen (\angle B-\alpha)}{sen (2\cdot \angle A)}+\dfrac{sen (\angle C-\beta)}{sen (2\cdot \angle A)}=\dfrac{TB}{BC}+\dfrac{TC}{BC}$$<br /><br />Por lo tanto $AU=TB+TC$, finalizando la demostración. $\blacksquare$

Los detalles se dejan a cargo del lector. Saludos



--------------------
Ricardo Vargas Obando
Ex-alumno Deutsche Schule La Unión (Generación 2010, de los 150 años).
Novato de Licenciatura en Matemática/Estadística, en la Pontificia Universidad Católica de Chile.




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Currículum Olímpico:
  • "What we learned as children, that one plus one equals two, we know to be false. One plus one
    equals one. We even have a word when you plus another, equals one. That word is love."

  • "Todos piensan en cambiar el mundo, pero nadie piensa en cambiarse a sí mismo."
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asdayuyi
mensaje Jan 25 2014, 11:01 PM
Publicado: #7


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Saludos :*

Mensaje modificado por asdayuyi el Jan 25 2014, 11:02 PM
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