Goniometrische substituties

We kennen het gebruik van een goniometrische substitutie bij het berekenen van onbepaalde integralen. Maar ze kunnen ook hun nut hebben bij de studie van ongelijkheden. Een voorbeeld:

Als a,b,c,en d positieve reële getallen zijn en

    \[\frac{1}{1+a^4}+\frac{1}{1+b^4}+\frac{1}{1+c^4}+\frac{1}{1+d^4}=1\]

bewijs dan dat abcd \geq 3.

  • Stel a^2=\tan x, b^2=\tan y,c^2=\tan z en d^2=\tan t
  • Omdat 1+\tan^2x=\frac{1}{\cos^2x} wordt de gegeven ongelijkheid: \cos^2x+\cos^2y+\cos^2z+\cos^2t=1
  • We gebruiken nu de ongelijkheid van het rekenkundig en meetkundig gemiddelde: \sin^2x=1-\cos^2x=\cos^2y\cos^2z\cos^2t \geq 3(\cos y.\cos z.\cos t)^{\frac{2}{3}}
  • Analoog \sin^2y\geq 3(\cos x.\cos z.\cos t)^{\frac{2}{3}}.
  • Of \sin^2z\geq 3(\cos x.\cos y.\cos t)^{\frac{2}{3}}.
  • En \sin^2t\geq 3(\cos x.\cos y.\cos z)^{\frac{2}{3}}.
  • Als we nu deze 4 ongelijkheden met elkaar vermenigvuldigen vinden we dat \sin^2x.\sin^2y.\sin^2z.\sin^2t \geq 81 \cos^2x.\cos^2y.\cos^2z.\cos^2t.
  • Hieruit volgt dat \tan^2x.\tan^2y.\tan^2z.\tan^2t \geq 81 of a^4b^4c^4d^4 \geq 81.
  • Omdat a,b,c en d positief zijn volgt hieruit dat abcd \geq 3.

Uitdaging 3 en 4

Voor welke waarden van k is x^3+y^3+z^3+kxyz deelbaar door x+y+z?

Antwoord Klik hier

Een veelterm f(x)  met gehele coëfficiënten heeft oneven getalwaarden voor 0 en 1. Bewijs dat  f(x) geen gehele nulwaarden kan hebben.

Antwoord Klik hier

De Rascal driehoek

Als men, bij een IQ-test, zou vragen  om de driehoek te voltooien, dan krijg je meestal als antwoord:

Dit is de driehoek van Pascal. Vervolledigen kan via de formule

    \[u_{n,r}=u_{n-1,r-1}+u_{n,r-1}\]

Hierbij geeft r de rij weer en n de plaats op de rij. Zowel r als n starten bij de waarde 0.

Maar dit is niet het enige patroon dat je kan gebruiken. Wat denk je van volgend antwoord:

Het waren 3 middelbare school leerlingen,  Alif Anggoro, Eddy Liu, Angus Tulloch  uit de USA, Canada en Indonesië die dit verband beschreven met de formule

    \[u_{n,r}=n(r-n)+1\]

Je kan ook gebruik maken van de diagonaalformule :

Het getal op zuid is ( oost x west +1 ) : noord. Bij de driehoek van Pascal was zuid = oost + west.

Eigenaardig genoeg is elk element in de Rascal driehoek een natuurlijk getal! Net zoals bij de driehoek van Pascal kan je ook hier een paar mooie patronen terugvinden. Kijk maar naar de diagonalen van de Rascal driehoek