Zoznam úloh

6. Kalibrovali Mantavo Sušičku

Zadanie

Každá sušička, a teda aj tá, ktorú KMSáci ukradli z FKSka do KMSka, musí byť veľmi presne nakalibrovaná – jedna nedotiahnutá šrauba môže spôsobiť, že vám sušička namiesto rúk vysuší humor. Preto existuje dozorný orgán, takzvaný DRDOL – Dozorný Rád pre Dehydratáciu a Odvlažovanie Labiek (DRDOL), ktorý posudzuje či je sušička správne nakalibrovaná alebo nie. Ako určite viete, slovo rad je synonymum pre slovo postupnosť, preto:

Majme postupnosť reálnych čísel $a_1, a_2, \dots, a_n$, ktoré spĺňajú, že súčty $a_i+a_j$, kde $1 \leq i < j \leq n$, tvoria v nejakom poradí aritmetickú postupnosť s $\frac{1}{2}n(n-1)$ členmi, kde $n$ je prirodzené číslo väčšie alebo rovné ako $5$. Dokážte, že $a_1=a_2=\ldots=a_n$.

Prvý (a asi najdôležitejší) krok je určiť si BUNV1 $a_1\leq \dots \leq a_n$. Toto spraviť môžeme, pretože tak či tak sa každá dvojica $a_i+a_j$ bude vyskytovať v usporiadanej aj neusporiadanej postupnosti práve raz. Môžeme dokonca uBUNVovať aj viac – môžeme povedať že $a_0=0$ a diferencia výslednej aritmetickej postupnosti $d=1$, ale toto nebudeme potrebovať.

Označme si pár vecí, aby sa nám krajšie pracovalo. Nech $MAX=n(n-1)/2$. Našu aritmetickú postupnosť si označme ako ${b_k: k\leq MAX}$, t. j. $b_k=a_i+a_j$ je $k$-ty najmenší člen (pre nejakú dvojicu $i,j$). Taktiež si označme $d=b_k-b_{k-1}$ jej diferenciu (diferencia je všeobecný pojem pre rozdiel dvoch členov aritmetickej postupnosti).

Zjavne najmenší súčet budú tvoriť dve najmenšie čísla, teda $b_1=a_1+a_2$. Obdobne aj $b_2=a_1+a_3$, $b_{MAX}=a_{n-1}+a_n$ a $b_{MAX-1}=a_{n-2}+a_n$. Verte či nie, už je to skoro vyriešené. Ak si vezmeme, že platí $$b_1+b_{MAX}=b_1+b_{MAX-1}+d=b_2+b_{MAX-1},$$ tak po rozpísaní získame $$(a_1+a_2)+(a_{n-1}+a_n)=(a_1+a_3)+(a_{n-2}+a_n),$$ $$a_2+a_{n-1}=a_3+a_{n-2}.$$

A máme hotovo. Čože? Kde je riešenie? Ak $n>5$, tak obe strany rovnice sú niektoré rôzne členy v našej postupnosti ${b_k}$, pretože postupnosť ${b_k}$ je tvorená z členov $a_i+a_j$ pre všetky $i,j\leq n$. Ak sa ale dva členy v aritmetickej postupnosti rovnajú, tak musí byť celá postupnosť konštantná, pretože jej diferencia je 0. Teda aj pôvodná postupnosť ${a_k}$ musí byť konštantná.

Treba ale rozlíšiť prípad $n=5$, na ktorý sa ľahko zabudne. Pre $n=5$ platí $a_2+a_4=2a_3$, resp. $a_4-a_3=a_3-a_2=b_2-b_1=d$. Za súčtom $b_2=a_1+a_3$ musí nasledovať súčet $b_3=a_1+a_4$, pretože je presne o $d$ väčší. Z tohto rovno vyplývajú iba dve možné poradia, ktoré môžu nastať:

$$a_1+a_2<a_1+a_3<a_1+a_4<a_1+a_5<a_2+a_3<a_2+a_4<a_3+a_4<a_2+a_5<a_3+a_5<a_4+a_5,$$

$$a_1+a_2<a_1+a_3<a_1+a_4<a_2+a_3<a_2+a_4<a_3+a_4<a_1+a_5<a_2+a_5<a_3+a_5<a_4+a_5.$$

V prvom prípade stačí odčítať $d=(a_1+a_5)-(a_1+a_4)=a_5-a_4$, z čoho dostávame $a_2+a_5=a_2+a_4+d=a_3+a_4$.V druhom prípade dostaneme obdobne $a_1+a_4=a_2+a_3$. Každopádne sme teda našli dva rôzne členy v $b$-čkovej postupnosti, ktoré majú rovnakú hodnotu, a teda nutne celá postupnosť musí byť konštantná.


  1. BUNV znamená bez ujmy na všeobecnosti. Teda môžeme predpokladať že niečo platí, pretože či to platí, či nie, výsledok vyjde rovnaký 

Pre odovzdávanie sa musíš prihlásiť.
Trojsten

Korešpondenčný matematický seminár zastrešuje občianske združenie Trojsten.

Kontakt
Ďalšie projekty