Administración     

Olimpiadas de Matemáticas
Página de preparación y problemas

OME Local
OME Andaluza
OME Nacional
OIM
IMO
EGMO
USAMO
ASU
OMCC
Retos UJA
Selector
La base de datos contiene 2434 problemas y 940 soluciones.

I All-Soviet-Union Mathematical Competitions — 1961

Sesión 1 —  Nivel 8

Problema 445
Consideramos la siguiente figura formada por 12 vértices y 16 segmentos. ¿Es posible dibujar una curva que atraviese cada segmento una única vez sin pasar por ningún vértice?
imagen
pistasolución 1solución 2info
Pista. ¿Qué pasa con la curva en las regiones con un número impar de lados?
Solución. Observemos que en la figura se forman tres pentagonos y dos cuadrados. Evidentemente, nuestra curva tendría que empezar fuera de (al menos) dos de los pentágonos. Cada vez que la curva atraviesa un lado de uno de estos pentágonos pasará de estar en el interior a estar en el exterior o del exterior al interior. Por tanto, como cada pentágono tiene un número impar de lados, la curva debería terminar en el interior de dos de los pentágonos, lo cual es absurdo. Concluimos que no existe dicha curva.
Solución. Esta es una solución muy estándar usando algo de teoría de grafos. La figura del enunciado es un grafo plano y podemos considerar el grafo dual, que tiene un vértice por cada cara del grafo original y en el que dos vértices se unen por una arista cuando representan a caras adyacentes (ver figura).

Atravesar una arista del grafo original equivale a recorrer una arista del grafo dual, por lo que el problema se reduce a encontrar un camino que pase por todas las aristas del grafo dual una sola vez. Esto no puede hacerse ya que eso implicaría que hay como máximo dos vértices del grafo dual a los que llegan un número par de aristas (Teorema de Euler). Sin embargo, el grafo dual tiene 4 vértices (C, D, E y F) a los que llegan un número par de aristas, por lo que concluimos que la curva buscada no puede existir.

imagen
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 446
Consideremos un rectángulo $ABCD$ y circunferencias centrados en los vértices $A$, $B$, $C$ y $D$ de radios $a$, $b$, $c$ y $d$, respectivamente, tales que $a+c=b+d\lt AC$. Trazamos las dos tangentes exteriores a las circunferencias de centros $A$ y $C$ y también las dos tangentes exteriores a las circunferencias de centros $B$ y $D$. Demostrar que puede inscribirse una circunferencia en el cuadrilátero delimitado por estas cuatro rectas.
pistasolución 1info
Pista. Observa que el centro de la circunferencia buscada debe ser el centro del rectángulo.
Solución. Sean $r$ y $s$ las tangentes exteriores a las circunferencias de centros $A$ y $C$ y $r'$ y $s'$ las tangentes exteriores a las circunferencias de centros $B$ y $D$. Una circunferencia tangente a $r$ y $s$ debe equidistar de ambas rectas por lo que su centro pertenece a la bisectriz del ángulo formado por estas (si $r$ y $s$ son paralelas, entonces el centro pertenece a una paralela equidistante a ambas). Esto nos dice que las circunferencias tangentes a $r$ y $s$ tienen su centro en una recta, luego esta debe ser la que contiene a la diagonal $AC$. De la misma forma, debe pertenecer a la diagonal $BD$, luego el centro ha de ser el centro del rectángulo, que denotaremos por $O$.

Consideremos $A'$, $O'$ y $C'$ los pies de las perpendiculares a $r$ que pasan por $A$, $O$ y $C$. Como $AO=OC$, se deduce del teorema de Tales (las rectas $r$ y $AC$ son cortadas por tres paralelas $AA'$, $OO'$ y $CC'$) que $OO'=\frac{1}{2}(AA'+CC')=\frac{1}{2}(a+c)$. Por tanto, la circunferencia con centro $O$ y tangente a $r$ y $s$ tiene radio $\frac{1}{2}(a+c)$. Análogamente, la circunferencia con centro $O$ y tangente a $r'$ y $s'$ tiene radio $\frac{1}{2}(b+d)$. Como $a+c=b+d$, deducimos que ambas son la misma circunferencia y, por tanto, el cuadrilátero que se forma admite una circunferencia inscrita.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 310
Probar que entre $39$ números naturales consecutivos, siempre existe uno tal que la suma de sus cifras es múltiplo de $11$.
pistasolución 1info
Pista. Encuentra $k$ tal que los números entre $10k$ y $10k+19$ estén entre los $39$ consecutivos y tal que las sumas de los dígitos de estos $20$ números recorran todos los restos módulo $11$.
Solución. Entre los $39$ números siempre hay $20$ consecutivos $n,n+1,\ldots,n+19$ que sólo difieren en las cifras de las decenas y las unidades y de forma que la cifra de la cifra de las unidades de $n$ es cero. Si $a$ es la suma de las cifras de $n$, entonces las sumas de las cifras de $n,n+1,\ldots,n+19$ son $a,a+1,\ldots,a+9,a+1,\ldots,a+10$, respectivamente, y alguno de estos números ha de ser múltiplo de $11$.

Nota. Un ejemplo de que el resultado no es cierto para $38$ números son los números del $999981$ al $1000018$.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 447
Encontrar la forma de colocar 7 fichas en las casillas de un tablero $4\times 4$ de forma que no haya dos filas y dos columnas que contengan todas la fichas. ¿Se puede hacer lo mismo con sólo 6 fichas?
pistasolución 1info
Pista. Después de un poco de ensayo y error, llegarás a encontrar la disposición de las fichas. Para la última pregunta, intenta usar el principio del palomar.
Solución. Hay muchas disposiciones de fichas para responder a la primera pregunta. Después de hacer algunas pruebas, llegaremos a alguna de ellas. Por ejemplo, una solución es
$\bigcirc$$\bigcirc$
$\bigcirc$$\bigcirc$
$\bigcirc$$\bigcirc$
$\bigcirc$
ya que al eliminar dos filas cualesquiera, las fichas restantes ocupan tres columnas.

Para responder a la última pregunta, supongamos que tenemos sólo 6 fichas. Tiene que haber dos filas que contengan 4 fichas entre ambas (si no fuera así, habría máximo una fila con dos fichas y tres filas con una ficha, lo cual da un total de sólo 5 fichas). Por tanto, tomando estas dos filas y las columnas donde estén las 2 fichas restantes, hemos terminado.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 152
  1. Dada una tupla $(a,b,c,d)$ formada por cuatro números reales positivos, la cambiamos por la nueva tupla $(ab,bc,cd,da)$. Si repetimos el proceso muchas veces, demostrar que no se pueden volver a obtener los números originales a menos que $a=b=c=d=1$.
  2. Dada una tupla $(a_1,a_2,\ldots,a_n)$, la cambiamos por la tupla $(a_1a_2,a_2a_3,\ldots,a_na_1)$. Si $n$ es una potencia de $2$ y cada uno de los $a_i$ es igual a $1$ o $-1$, demostrar que podemos convertir todos los números en $1$ repitiendo el proceso suficientes veces.
pistasolución 1info
Pista. Demuestra que el producto de los cuatro números ha de ser igual a $1$ y después, usando esa información, calcula varias iteraciones de la sucesión hasta que encuentres algún tipo de patrón. En el segundo apartado, la respuesta es que se obtienen todos positivos tras $n$ repeticiones. Encuentra una expresión para los números después de exactamente $n$ repeticiones.
Solución. Supongamos que $a,b,c,d>0$ cumplen que, después de repetir el proceso un número determinado de veces, se vuelven a obtener dichos números. Observemos que $a_1b_1c_1d_1=(abcd)^2$, luego en cada paso del proceso el producto de los cuatro números se eleva al cuadrado. Como llegado un momento han de repetirse los números, esto implica que $abcd=1$. Ahora es fácil obtener más iteraciones: \[\begin{array}{llll} a_2=ab^2c,&b_2=bc^2d,&c_2=cd^2a,&d_2=da^2b\\ a_3=b^2c^2,&b_3=c^2d^2,&c_3=d^2c^2,&c_4=a^2b^2 \end{array}\] y, en general, no es difícil comprobar que $a_{2n+1},b_{2n+1},c_{2n+1},d_{2n+1}$ son los números $a^{2n}b^{2n}$, $b^{2n}c^{2n}$, $c^{2n}d^{2n}$ y $d^{2n}a^{2n}$ (aunque posiblemente en otro orden). Por tanto, en la sucesión de iteraciones aparecen los números $(a^2b^2)^n$, $(b^2c^2)^n$, $(c^2d^2)^n$ y $(d^2a^2)^n$. Si queremos que los números originales vuelvan a repetirse, se habrá de cumplir que $a^2b^2=b^2c^2=c^2d^2=a^2d^2=1$ pues en caso contrario habría infinitos términos distintos. De aquí deducimos que $ab=bc=cd=da=1$ y, de esta condición, es fácil llegar a que $a=c=x$ y $b=d=\frac{1}{x}$ para cierto $x>0$. Esto nos dice que a partir de la segunda iteración todos los términos son iguales a $1$ luego tiene que ser $x=1$ y hemos terminado.

Para probar el apartado (b), es fácil ver que el primer término de la sucesión evoluciona de la siguiente manera: \[a_1\mapsto a_1a_2\mapsto a_1a_2^2a_3\mapsto a_1a_2^3a_3^3a_4\mapsto a_1a_2^4a_3^6a_4^4a_5\mapsto\ldots\] de forma que los exponentes son números combinatorios. Después de $n-1$ iteraciones, obtenemos que el primer término se convierte en \[a_1a_2^{\binom{n-1}{1}}a_3^{\binom{n-1}{2}}\ldots a_{n-1}^{\binom{n-1}{n-1}}a_n.\] Análogamente, tras $n-1$ iteraciones, el segundo término se convierte en \[a_2a_3^{\binom{n-1}{1}}a_4^{\binom{n-1}{2}}\ldots a_n^{\binom{n-1}{n-1}}a_1\] ya que los índices van rotando cíclicamente. En consecuencia, tras $n$ iteraciones el primer término se convierte en \[a_1^2a_2^{\binom{n}{1}}a_3^{\binom{n}{2}}\ldots a_{n-1}^{\binom{n}{n-1}}a_n^2.\] El primer y último exponentes son pares. Veamos que $\binom{n}{k}$ es también par para $k$ entre $1$ y $n$. Ahora bien, podemos expresar \[\binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n-k)!}=\frac{n}{n-k}\frac{(n-1)!}{k!(n-k-1)!}=\frac{n}{n-k}\binom{n-1}{k-1}.\] Como $\binom{n-1}{k-1}$ es un número entero y el exponente de $2$ en la factorización de $n-k$ es menor que en la de $n$ (ya que $n$ es potencia de $2$), concluimos que $\binom{n}{k}$ es par y, en consecuencia, que $a_1$ se convierte en positivo tras $n$ iteraciones. Se razona de forma análoga para probar que el resto de números son positivos tras $n$ iteraciones.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema

Sesión 2

Sesión 3 —  Nivel 9

Problema 1156
  1. Los puntos $A$ y $B$ se mueven con la misma velocidad angular constante y en el sentido de las agujas del reloj a lo largo de sendas circunferencias de centros $O_a$ y $O_b$. Demostrar que el vértice $C$ de un triángulo equilátero $ABC$ también se mueve uniformemente recorriendo cierta circunferencia.
  2. Si $ABC$ es un triángulo equilátero y un punto $P$ cumple $AP=2$ y $BP=3$, hallar el valor máximo posible de $CP$.
pistasolución 1info
Pista. Para el apartado (a), utiliza números complejos. Para el apartado (b), utiliza la desigualdad de Ptolomeo, que nos dice que si $A,B,C,D$ son puntos cualesquiera del plano, entonces $AC\cdot BD\leq AB\cdot CD+AC\cdot BD$.
Solución. Usando números complejos, expresaremos los centros $O_a$ y $O_b$ como $a_0,b_0\in\mathbb{C}$, de donde las trayectorias $a(t)$ y $b(t)$ de los puntos $A$ y $B$ en función del tiempo $t$ se escriben como \[a(t)=a_0+re^{it},\qquad b(t)=b_0+se^{it},\] donde $r,s\in\mathbb{C}$ son números complejos no nulos cuyos módulos son los radios de las circunferencias. Cambiando $A$ por $B$ si fuera necesario, podemos suponer que el punto $C$ se obtiene rotando el punto $B$ un ángulo $\frac{\pi}{3}$ en el sentido antihorario con centro en $A$, lo que nos da la trayectoria \begin{align*} c(t)&=a(t)+e^{i\pi/3}(b(t)-a(t))=a_0+re^{it}+e^{i\pi/3}(b_0-a_0+(r-s)e^{it})\\ &=[a_0+e^{i\pi/3}(b_0-a_0)]+[r+e^{i\pi/3}(r-s)]e^{it}. \end{align*} Esta vuelve a ser la trayectoria de una circunferencia y además muestra que su centro $a_0+e^{i\pi/3}(b_0-a_0)$ forma un triángulo equilátero con los centros $O_a$ y $O_b$. Notemos que $c(t)$ podría ser constante si la circunferencia tiene radio cero, es decir si $r+e^{i\pi/3}(r-s)=0$.

El apartado (b) es consecuencia de la desigualdad de Ptolomeo aplicada a los cuatro puntos $A,C,B,P$, que nos dice que \[CP\cdot AB\leq AP\cdot BC+BP\cdot AC\ \Longleftrightarrow\ CP\leq AP+BP=2+3=5,\] ya que $AB=BC=CA$. Además, sabemos que si $ACBP$ es un cuadrilátero cíclico, entonces la igualdad se alcanza. Por tanto, el máximo anterior $CP=5$ se alcanza cuando $P$ está en el arco menor $AB$ de la circunferencia circunscrita del triángulo $ABC$. En este caso, el triángulo $ABP$ tiene lados $AP=2$ y $BP=3$ que forman un ángulo de $120^\circ$ por la propiedad del arco capaz, de forma que el teorema del coseno nos da necesariamente \[AB^2=2^2+3^2-2\cdot 2\cdot 3\cos(120^\circ)=19.\] Deducimos así que el máximo $CP=5$ se alcanza efectivamente para un triángulo de lado $\sqrt{19}$ cuando el punto $P$ está en el arco menor $AB$.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 425
En cada casilla de un tablero $m\times n$ se encuentra un número real. Se permite cambiar todos los números de una fila o de una columna de signo tantas veces como queramos. Demostrar que puede conseguirse que las sumas de los elementos cada fila y cada columna sean no negativas independientemente de la configuración inicial.
pistasolución 1info
Pista. Analiza la suma total de los elementos cuando cambias de signo una fila o una columna de suma negativa.
Solución. Sea $S$ la suma total de los elementos de la tabla. Cada vez que nos encontremos una fila o columna con suma negativa la cambiamos de signo. Cada una de estas operaciones incrementa el valor de $S$ y, como hay un número limitado de combinaciones de signos (es menor o igual que $2^{mn}$, el número de elecciones de signos $\pm$ en los $mn$ elementos de la tabla), este proceso no puede continuar indefinidamente, es decir, llegamos a un punto en el que todas las filas y columnas tienen suma positiva.
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 1157
Tenemos $n$ puntos en el plano, algunos de los cuales están conectados por segmentos que no se cortan entre sí. Sabemos además que se puede viajar entre cualesquiera dos puntos moviéndonos a lo largo de los segmentos y sólo hay una forma de viajar entre dichos puntos. Demostrar que el número total de segmentos es $n-1$.
pistasolución 1info
Pista. Hacer inducción sobre $n$.
Solución. Procedamos por inducción sobre $n$. El caso base es $n=2$, en cuyo caso hay necesariamente dos puntos unidos por $n-1=1$ segmentos y no hay nada que probar. Supongamos entonces que el enunciado es cierto tal cual está escrito para $n$ puntos y veamos lo que pasa si tenemos $n+1$ puntos con dicha propiedad. Al hacer un camino a lo largo de los segmentos sin repetir segmento, como no podemos volver a ningún punto ya visitado (habría dos caminos distintos con el mismo origen y el mismo final), llegará un momento en que no podremos seguir y habremos alcanzado un punto $p_0$ al que solo llega un segmento (mediante el cual hemos accedido a $p_0$). Si eliminamos $p_0$ y dicho segmento, tendremos $n$ puntos que verifican la misma propiedad, luego la hipótesis de inducción nos asegura que el número de segmentos es $n-1$. Añadiendo el que hemos eliminado, deducimos que el número de segmentos para $n+1$ puntos es $n$, como queríamos probar.
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 1158
Demostrar que, para cualesquiera enteros positivos $m$, $n$ y $k$, se pueden encontrar enteros positivos $r$ y $s$ primos relativos tales que $rm+sn$ es un múltiplo de $k$.
Sin pistas
Sin soluciones
info
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 1159
Dos jugadores $A$ y $B$ juegan un juego con $N$ fichas. El jugador $A$ divide las fichas en dos montones, cada uno de los cuales tiene al menos dos fichas. Entonces, $B$ divide cada montón a su vez en dos montones, cada uno con al menos una ficha y toma dos de los cuatro montones de acuerdo a una regla $R_i$ que los dos jugadores conocen previamente; los otros dos montones se los queda $A$. Ambos jugadores juegan de forma óptima para acabar con tantas fichas como sea posible. Encontrar el número de fichas que tendrá cada jugador para cada una de las siguientes reglas:
  • $R_1$: $B$ elige para sí mismo el montón más grande y el más pequeño.
  • $R_2$: $B$ elige los dos montones que no son ni el más grande ni el más pequeño.
  • $R_3$: $B$ puede proceder como en $R_1$ o en $R_2$ a voluntad.
Nota: Si hubiera montones con el mismo número de fichas, se elige cualquiera de ellos.
pistasolución 1info
Pista. En el caso $R_1$, $B$ se puede asegurar siempre tantas fichas como el montón más grande, luego $A$ debe minimizarlo. En el caso $R_2$, si $A$ divide en $2$ y $N-2$, $B$ puede sacar menos fichas que si $A$ hace otra cosa. En el caso $R_3$, utiliza lo que has visto para $R_1$ y $R_2$, distinguiendo cuatro casos según para qué estrategia se prepara $A$ y cuál hace realmente $B$. El problema, en cualquier caso, es mucho más lioso de lo que parece a priori.
Solución. Para fijar la notación, supondremos que $A$ hace dos montones $x$ e $y$ fichas, donde $x+y=N$ y supondremos que $2\leq x\leq y$. Entonces, $b$ divide $x=x_1+x_2$ e $y=y_1+y_2$ con $1\leq x_1\leq x_2$ y $1\leq y_1\leq y_2$. Hay cuatro posibles ordenaciones para los montones cumpliendo estas restricciones: \begin{align*} (1)&\quad x_1\leq x_2\leq y_1\leq y_2,& (2)&\quad x_1\leq y_1\leq x_2\leq y_2,\\ (3)&\quad y_1\leq x_1\leq x_2\leq y_2,& (4)&\quad x_1\leq y_1\leq y_2\leq x_2. \end{align*} La jugada óptima es que $B$ hará las divisiones para obtener el máximo número posible de fichas mientras que $A$ hará las divisiones para que este máximo sea el mínimo posible.

Caso $R_1$. En los escenarios (1) y (2), $B$ obtiene $x_1+y_2\leq y$ fichas, en el (3) obtiene $y_1+y_2=y$ y en el (4) $x_1+x_2=x\leq y$, luego siempre obtiene a lo sumo $y$ fichas y puede forzar que así sea dividiendo el montón de $y$ en $y_1=1$ e $y_2=y-1$. Esto lo sabe $A$, que intentará minimizar $y$, el montón más grande, y en consecuencia elegirá $x=\lfloor\frac{N}{2}\rfloor$ e $y=\lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$ para jugar de forma óptima, lo que nos dice que $B$ se quedará con $y=\lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$ y $A$ con las $\rfloor\frac{N}{2}\lfloor$ restantes (ver la nota).

Caso $R_2$. En los escenarios (1) y (2), $B$ obtiene $x_2+y_1\geq x$ fichas, en el (3) obtiene $x_1+x_2=x$ y en el (4) obtiene $y_1+y_2=y\geq x$, luego siempre obtiene al menos $x$ fichas. En este caso, $A$ puede forzar a que se tenga el escenario (1) tomando $x=2$ e $y=N-2$, dejando a $B$ necesariamente con $x_1=x_2=1$ y entonces la mejor opción para $B$ es tomar $y_1=\lfloor\frac{N-2}{2}\rfloor$ e $y_2=\lfloor\frac{N-1}{2}\rfloor$ (maximizando $y_1$), de forma que $B$ se lleva $x_2+y_1=1+\lfloor\frac{N-2}{2}\rfloor=\lfloor\frac{N}{2}\rfloor$ y $A$ las restantes. Esta es la mejor estrategia para $A$, ya que si no hiciera $x=2$, entonces $B$ podría tomar $x_1=1$, $x_2=x-1$, $y_1=\lfloor\frac{N-x}{2}\rfloor$ e $y_2=\lfloor\frac{N-x+1}{2}\rfloor$. Distingamos dos subcasos:

  • Si de este modo $B$ llega a los escenarios (1), (2) o (3), entonces obtendría al menos $x_2+y_1=x-1+\lfloor\frac{N-x}{2}\rfloor=\lfloor\frac{N+x-2}{2}\rfloor\geq \lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$ fichas, contradiciendo que $A$ ha tomado la estrategia óptima.
  • Si, por el contrario, se llega al escenario (4), entonces $B$ obtiene $y_1+y_2=\lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$ y $A$ tampoco habría jugado óptimamente.

Caso $R_3$. La mejor estrategia a priori para $B$ es tomar $R_1$, luego tenemos que $A$ debe dividir necesariamente en partes $x=\lfloor\frac{N}{2}\rfloor$ e $y=\lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$, para minimizar las pérdidas y jugar de forma óptima. Sin embargo queda por ver que ante tal elección de $A$, $B$ no puede aprovechar la ocasión y elegir $R_2$ para mejorar sus ganancias. Sin embargo, como $x$ e $y$ se diferencian a lo sumo en una unidad, el montón mayor y el menor tienen que venir ambos de $x$ o ambos de $y$ (podría haber empates), luego eligiendo $R_1$ o $R_2$ se llevaría un máximo de $y=\lfloor\frac{N+1}{2}\rfloor$ fichas y hemos probado así que no puede aprovecharse del cambio de estrategia.

Nota. Hemos usado repetidamente que dividir un montón de $n$ fichas en dos partes lo más parecidas posibles es hacer los montones de $\lfloor \frac{n}{2}\rfloor$ y $\lfloor\frac{n+1}{2}\rfloor$ fichas. Esto evita distinguir si el número es par o impar, lo cual sería muy tedioso de escribir.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema

Sesión 4

Sesión 5 —  Nivel 10

Problema 1160problema obsoleto
Dadas tres sucesiones infinitas de números naturales, demuestra que se pueden encontrar números naturales distintos $m$ y $n$ tales que en las tres sucesiones se cumpla que el término $m$-ésimo es mayor o igual que el término $n$-ésimo.
pistasolución 1info
Pista. Demuestra que una sucesión de números naturales tiene necesariamente una sucesión parcial constante o estrictamente creciente.
Solución. Consideremos la primera sucesión; si no está acotada, entonces admite una subsucesión estrictamente creciente; si está acotada, entonces toma solo un número finito de valores y existe una subsucesión que sea constante. En cualquiera de los dos casos, tenemos una subsucesión creciente de la primera sucesión. Consideramos la subsucesión de la segunda sucesión formada por los mismos índices, a la que puede aplicarse el mismo razonamiento para pasar a una subsucesión creciente. Finalmente, consideramos los términos de la tercera sucesión con los mismos índices que en la segunda subsucesión y aplicamos el mismo razonamiento. Para los (infinitos) índices de la tercera subsucesión, las tres sucesiones nos dan subsucesiones creciente luego pueden elegirse $m$ y $n$ cualesquiera índices de entre ellos y tenemos la propiedad buscada.

Nota. El resultado puede extenderse a cualquier número finito de sucesiones.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 448
Se colocan 120 cuadrados de lado $1$ dentro de un rectángulo de dimensiones $20\times 25$. Demostrar que es siempre es posible colocar también un círculo de diámetro $1$ dentro del rectángulo de forma que no toque a ninguno de los cuadrados.
pistasolución 1info
Pista. Piensa en que cada cuadrado excluye una cierta cantidad de área donde puede hallarse el centro del círculo y que dicho centro tampoco puede acercarse demasiado al borde del rectángulo.
Solución. Cada cuadrado excluye un área mayor que la suya para el posible centro del círculo que queremos colocar. Como dicho centro ha de estar a distancia mayor que $\frac{1}{2}$ del cuadrado, esto implica que cada cuadrado excluye un área de $3+\frac{\pi}{4}$: el propio cuadrado, dos rectángulos de dimensiones $\frac{1}{2}\times 1$ pegados a cada lado y cuatro cuartos de círculo de radio $\frac{1}{2}$ pegados a sus esquinas. Esto excluye como máximo un área de $120(3+\frac\pi4)$. Además, como el círculo ha de estar dentro del rectángulo, el centro no podrá estar a distancia menor que $\frac{1}{2}$ del borde del rectángulo. En consecuencia, queda mínimo un área de $19\cdot 24-120(3+\frac\pi4)=96-30\pi$. Este número es positivo ya que $\frac{96}{30}=3.2\gt\pi$, luego siempre habrá puntos donde centrar el círculo cumpliendo las condiciones propuestas.
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 425
En cada casilla de un tablero $m\times n$ se encuentra un número real. Se permite cambiar todos los números de una fila o de una columna de signo tantas veces como queramos. Demostrar que puede conseguirse que las sumas de los elementos cada fila y cada columna sean no negativas independientemente de la configuración inicial.
pistasolución 1info
Pista. Analiza la suma total de los elementos cuando cambias de signo una fila o una columna de suma negativa.
Solución. Sea $S$ la suma total de los elementos de la tabla. Cada vez que nos encontremos una fila o columna con suma negativa la cambiamos de signo. Cada una de estas operaciones incrementa el valor de $S$ y, como hay un número limitado de combinaciones de signos (es menor o igual que $2^{mn}$, el número de elecciones de signos $\pm$ en los $mn$ elementos de la tabla), este proceso no puede continuar indefinidamente, es decir, llegamos a un punto en el que todas las filas y columnas tienen suma positiva.
Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 1156
  1. Los puntos $A$ y $B$ se mueven con la misma velocidad angular constante y en el sentido de las agujas del reloj a lo largo de sendas circunferencias de centros $O_a$ y $O_b$. Demostrar que el vértice $C$ de un triángulo equilátero $ABC$ también se mueve uniformemente recorriendo cierta circunferencia.
  2. Si $ABC$ es un triángulo equilátero y un punto $P$ cumple $AP=2$ y $BP=3$, hallar el valor máximo posible de $CP$.
pistasolución 1info
Pista. Para el apartado (a), utiliza números complejos. Para el apartado (b), utiliza la desigualdad de Ptolomeo, que nos dice que si $A,B,C,D$ son puntos cualesquiera del plano, entonces $AC\cdot BD\leq AB\cdot CD+AC\cdot BD$.
Solución. Usando números complejos, expresaremos los centros $O_a$ y $O_b$ como $a_0,b_0\in\mathbb{C}$, de donde las trayectorias $a(t)$ y $b(t)$ de los puntos $A$ y $B$ en función del tiempo $t$ se escriben como \[a(t)=a_0+re^{it},\qquad b(t)=b_0+se^{it},\] donde $r,s\in\mathbb{C}$ son números complejos no nulos cuyos módulos son los radios de las circunferencias. Cambiando $A$ por $B$ si fuera necesario, podemos suponer que el punto $C$ se obtiene rotando el punto $B$ un ángulo $\frac{\pi}{3}$ en el sentido antihorario con centro en $A$, lo que nos da la trayectoria \begin{align*} c(t)&=a(t)+e^{i\pi/3}(b(t)-a(t))=a_0+re^{it}+e^{i\pi/3}(b_0-a_0+(r-s)e^{it})\\ &=[a_0+e^{i\pi/3}(b_0-a_0)]+[r+e^{i\pi/3}(r-s)]e^{it}. \end{align*} Esta vuelve a ser la trayectoria de una circunferencia y además muestra que su centro $a_0+e^{i\pi/3}(b_0-a_0)$ forma un triángulo equilátero con los centros $O_a$ y $O_b$. Notemos que $c(t)$ podría ser constante si la circunferencia tiene radio cero, es decir si $r+e^{i\pi/3}(r-s)=0$.

El apartado (b) es consecuencia de la desigualdad de Ptolomeo aplicada a los cuatro puntos $A,C,B,P$, que nos dice que \[CP\cdot AB\leq AP\cdot BC+BP\cdot AC\ \Longleftrightarrow\ CP\leq AP+BP=2+3=5,\] ya que $AB=BC=CA$. Además, sabemos que si $ACBP$ es un cuadrilátero cíclico, entonces la igualdad se alcanza. Por tanto, el máximo anterior $CP=5$ se alcanza cuando $P$ está en el arco menor $AB$ de la circunferencia circunscrita del triángulo $ABC$. En este caso, el triángulo $ABP$ tiene lados $AP=2$ y $BP=3$ que forman un ángulo de $120^\circ$ por la propiedad del arco capaz, de forma que el teorema del coseno nos da necesariamente \[AB^2=2^2+3^2-2\cdot 2\cdot 3\cos(120^\circ)=19.\] Deducimos así que el máximo $CP=5$ se alcanza efectivamente para un triángulo de lado $\sqrt{19}$ cuando el punto $P$ está en el arco menor $AB$.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
Problema 152
  1. Dada una tupla $(a,b,c,d)$ formada por cuatro números reales positivos, la cambiamos por la nueva tupla $(ab,bc,cd,da)$. Si repetimos el proceso muchas veces, demostrar que no se pueden volver a obtener los números originales a menos que $a=b=c=d=1$.
  2. Dada una tupla $(a_1,a_2,\ldots,a_n)$, la cambiamos por la tupla $(a_1a_2,a_2a_3,\ldots,a_na_1)$. Si $n$ es una potencia de $2$ y cada uno de los $a_i$ es igual a $1$ o $-1$, demostrar que podemos convertir todos los números en $1$ repitiendo el proceso suficientes veces.
pistasolución 1info
Pista. Demuestra que el producto de los cuatro números ha de ser igual a $1$ y después, usando esa información, calcula varias iteraciones de la sucesión hasta que encuentres algún tipo de patrón. En el segundo apartado, la respuesta es que se obtienen todos positivos tras $n$ repeticiones. Encuentra una expresión para los números después de exactamente $n$ repeticiones.
Solución. Supongamos que $a,b,c,d>0$ cumplen que, después de repetir el proceso un número determinado de veces, se vuelven a obtener dichos números. Observemos que $a_1b_1c_1d_1=(abcd)^2$, luego en cada paso del proceso el producto de los cuatro números se eleva al cuadrado. Como llegado un momento han de repetirse los números, esto implica que $abcd=1$. Ahora es fácil obtener más iteraciones: \[\begin{array}{llll} a_2=ab^2c,&b_2=bc^2d,&c_2=cd^2a,&d_2=da^2b\\ a_3=b^2c^2,&b_3=c^2d^2,&c_3=d^2c^2,&c_4=a^2b^2 \end{array}\] y, en general, no es difícil comprobar que $a_{2n+1},b_{2n+1},c_{2n+1},d_{2n+1}$ son los números $a^{2n}b^{2n}$, $b^{2n}c^{2n}$, $c^{2n}d^{2n}$ y $d^{2n}a^{2n}$ (aunque posiblemente en otro orden). Por tanto, en la sucesión de iteraciones aparecen los números $(a^2b^2)^n$, $(b^2c^2)^n$, $(c^2d^2)^n$ y $(d^2a^2)^n$. Si queremos que los números originales vuelvan a repetirse, se habrá de cumplir que $a^2b^2=b^2c^2=c^2d^2=a^2d^2=1$ pues en caso contrario habría infinitos términos distintos. De aquí deducimos que $ab=bc=cd=da=1$ y, de esta condición, es fácil llegar a que $a=c=x$ y $b=d=\frac{1}{x}$ para cierto $x>0$. Esto nos dice que a partir de la segunda iteración todos los términos son iguales a $1$ luego tiene que ser $x=1$ y hemos terminado.

Para probar el apartado (b), es fácil ver que el primer término de la sucesión evoluciona de la siguiente manera: \[a_1\mapsto a_1a_2\mapsto a_1a_2^2a_3\mapsto a_1a_2^3a_3^3a_4\mapsto a_1a_2^4a_3^6a_4^4a_5\mapsto\ldots\] de forma que los exponentes son números combinatorios. Después de $n-1$ iteraciones, obtenemos que el primer término se convierte en \[a_1a_2^{\binom{n-1}{1}}a_3^{\binom{n-1}{2}}\ldots a_{n-1}^{\binom{n-1}{n-1}}a_n.\] Análogamente, tras $n-1$ iteraciones, el segundo término se convierte en \[a_2a_3^{\binom{n-1}{1}}a_4^{\binom{n-1}{2}}\ldots a_n^{\binom{n-1}{n-1}}a_1\] ya que los índices van rotando cíclicamente. En consecuencia, tras $n$ iteraciones el primer término se convierte en \[a_1^2a_2^{\binom{n}{1}}a_3^{\binom{n}{2}}\ldots a_{n-1}^{\binom{n}{n-1}}a_n^2.\] El primer y último exponentes son pares. Veamos que $\binom{n}{k}$ es también par para $k$ entre $1$ y $n$. Ahora bien, podemos expresar \[\binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n-k)!}=\frac{n}{n-k}\frac{(n-1)!}{k!(n-k-1)!}=\frac{n}{n-k}\binom{n-1}{k-1}.\] Como $\binom{n-1}{k-1}$ es un número entero y el exponente de $2$ en la factorización de $n-k$ es menor que en la de $n$ (ya que $n$ es potencia de $2$), concluimos que $\binom{n}{k}$ es par y, en consecuencia, que $a_1$ se convierte en positivo tras $n$ iteraciones. Se razona de forma análoga para probar que el resto de números son positivos tras $n$ iteraciones.

Si crees que el enunciado contiene un error o imprecisión o bien crees que la información sobre la procedencia del problema es incorrecta, puedes notificarlo usando los siguientes botones:
Informar de error en enunciado Informar de procedencia del problema
José Miguel Manzano © 2010-2025. Esta página ha sido creada mediante software libre