หัวข้อ: ข้อสอบ IMO 2004
ดูหนึ่งข้อความ
  #3  
Old 27 กรกฎาคม 2004, 12:15
gon's Avatar
gon gon ไม่อยู่ในระบบ
ผู้พิทักษ์กฎขั้นสูง
 
วันที่สมัครสมาชิก: 29 มีนาคม 2001
ข้อความ: 4,608
gon is on a distinguished road
Cool

ขอลองข้อที่ 2 วันแรกก่อนแล้วกัน

จงหาพหุนาม P(x) ทั้งหมดซึ่งมีสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนจริง และ สอดคล้องกับสมการ
P(a - b) + P(b - c) + P(c - a) = 2P(a + b + c) ... (*)
สำหรับทุกจำนวนจริง a, b, c ซึ่ง ab + bc + ca = 0


ขั้นที่ 1 : จะแสดงว่า P(0) = 0 ดังนี้
00 + 00 + 00 = 0 แทน a = b = c = 0 ลงไปใน (*) จะได้ว่า
P(0) + P(0) + P(0) = 2P(0 + 0 + 0) P(0) = 0

ขั้นที่ 2 : จะแสดงว่า P(x) เป็นฟังก์ชันคู่ ดังนี้
ให้ a = x, b = c = 0 จะได้ว่า
P(x - 0) + P(0 - 0) + P(0 - x) = 2P(x + 0 + 0) P(-x) = P(x)

ขั้นที่ 3 : จะแสดงว่า P(x) = a2x2 + a4x4 + ... + a2mx2m ดังนี้
สมมติให้ P(x) = a0 + a1x + a2x2 + a3x3 + ... + anxn ... (1)
\ P(-x) = a0 - a1x + a2x2 - a3x3 + ... + an(-x)n ... (2)
เทียบสัมประสิทธิ์ของ x กำลังใด ๆ ระหว่าง (1) กับ (2) จะได้ว่า a1 = a3 = a5 = ... = 0
\ P(x) = a0 + a2x2 + a4x4 + ... + a2mx2m สำหรับจำนวนเต็มบวก m ใด ๆ
แต่ P(0) = 0 a0 = 0 P(x) = a2x2 + a4x4 + ... + a2mx2m = Si = 1ma2ix2i

ขั้นที่ 4 : จะแสดงว่า m 2
(6x)(3x) + (3x)(-2x) + (-2x)(6x) = 0 P(3x) + P(5x) + P(8x) = 2P(7x) ... [ Note P(-8x) = P(8x) ]
เทียบสัมประสิทธิ์ของ x2i ใด ๆ จาก P(x) ในขั้นที่ 3 จะได้ว่า 32i + 52i + 82i = 2(72i) หรือ 9i + 25i + 64i = 2(49i)
เมื่อ i = 1 จะได้ว่า 9i + 25i + 64i = 9 + 25 + 64 = 98
และ 2(49i) = 2(49) = 98
เมื่อ i = 2 จะได้ว่า 9i + 25i + 64i = 81 + 625 + 4096 = 4802
และ 2(49i) = 2(49)2 = 4802

เมื่อ i 3 จะพิสูจน์ว่า 9i + 25i + 64i > 2(49i) ดังนี้
ให้ P(n) แทนข้อความ 64n > 2(49n) ทุกจำนวนนับ n 3
ขั้นฐาน : P(3) = 643 = 262,144 > 2(49)3 = 235,298
ขั้นอุปนัย : สมมติให้ 64k > 2(49k) ทุกจำนวนนับ k จะแสดงว่า P(k + 1) เป็นจริง ดังนี้
ถ้า 64k > 2(49k) แล้ว 64(64)k > 64(2)(49k) = 128(49k) > 98(49k) = 2(49)(49k)
นั่นคือ 64k + 1 > 2(49)k + 1 \ P(k + 1) เป็นจริง
โดยอุปนัยเชิงคณิตศาสตร์ จึงสรุปได้ว่า P(n) เป็นจริง ทุกจำนวนนับ n 3
\ 64i > 2(49i) 9i + 25i + 64i > 2(49i)
\ P(x) = a2x2 + a4x4 หรือ P(x) = dx2 + ex4 สำหรับ d, e R ใด ๆ

ขั้นที่ 5 : ตรวจสอบว่า P(x) = dx2 + ex4 สอดคล้องตามเงื่อนไขโจทย์

เรารู้ว่า ถ้า x + y + z = 0 แล้วจะได้ว่า
1) x2 + y2 + z2 = -2(xy + yx + zx)
2) x4 + y4 + z4 = 2(xy + yz + zx)2
(Note : พิสูจน์เอาเอง ขี้เกียจพิมพ์แล้ว , พิสูจน์ได้อย่างน้อย 2 วิธี คือ
ก. ถ้าสมการ x3 + px2 + qx + r = 0 มีรากของสมการเป็น a, b, c แล้วจะได้ว่า Sn + pSn - 1 + qSn - 2 + rSn - 3 = 0 เมื่อ Sn = an + bn + cn , n เป็นจำนวนเต็มใด ๆ
ข. ให้ (1 + ax)(1 + bx)(1 + cx) = 1 + px + qx2 + rx3 จากนั้นจึง Take log แล้วใช้ log(1 + x) = x - x2/2 + x3/3 - ... แล้วจึงเทียบสัมประสิทธิ์ของ x2, x4 )

\ (a - b)2 + (b - c)2 + (c - a)2 = -2[ (a - b)(b - c) + (b - c)(c - a) + (c - a)(a - b) ]
= ... กระจายแล้วจัดรูปจะได้ -2[ (ab + bc + ca) - (a2 + b2 + c2) ]
= 2(a2 + b2 + c2) = 2(a + b + c)2
[ เพราะ (a + b + c)2 = a2 + b2 + c2 + 2(ab + bc + ca) = a2 + b2 + c2 ]

และ (a - b)4 + (b - c)4 + (c - a)4 = 2[ (a - b)(b - c) + (b - c)(c - a) + (c - a)(a - b) ]2
= 2(a2 + b2 + c2)2 = 2(a + b + c)4

\ จาก (*) และ P(x) = dx2 + ex4 จะได้ว่า
L.H.S. : P(a - b) + P(b - c) + P(c - a)
= d[ (a - b)2 + (b - c)2 + (c - a)2] + e[ (a - b)4 + (b - c)4 + (c - a)4]
= 2(a + b + c)2 + 2(a + b + c)4

R.H.S : 2P(a + b + c) = 2d(a + b + c)2 + 2e(a + b + c)4
\ L.H.S = R.S.H จึงได้ว่า P(x) = dx2 + ex4 เป็นฟังก์ชันที่ต้องการ

28 กรกฎาคม 2004 12:35 : ข้อความนี้ถูกแก้ไขแล้ว 8 ครั้ง, ครั้งล่าสุดโดยคุณ gon
ตอบพร้อมอ้างอิงข้อความนี้