Tag archieven: opgave

Opgave 24

Geplaatst op door

Bewijs dat er tussen elke 9 getallen er twee zijn, een a en een b, waarvoor

    \[0<\frac{a-b}{1+ab}<\sqrt{2}+1\]

Antwoord

  • De middelste uitdrukking doet me onmiddellijk denken aan de formule voor \tan(a-b).
  • Bovendien volgt uit 1=\tan(\frac{\pi}{4})=\frac{2\tan(\frac{\pi}{8})}{1-\tan^2(\frac{\pi}{8})} dat \tan(\frac{\pi}{8})=\sqrt{2}+1.
  • Verdeel nu het interval ]-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}[ in 8 gelijke stukken.
  • Noteer de 9 gegeven getallen door a_i met i=1,2,\cdots,9. Stel vervolgens x_i=\text{ bgtan }(a_i).
  • Er zijn 9 getallen x_i voor 8 intervallen, dus volgt uit het duivenhok principe dat er minstens twee getallen x_i en x_j met x_j>x_i in hetzelfde interval liggen.
  • Dan geldt 0< x_j-x_i<\frac{\pi}{8}.
  • Omdat de tangensfunctie stijgend is op ]-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}[, volgt hieruit dat 0< \tan(x_j-x_i)=\frac{a_j-a_i}{1+a_j.a_i}<\sqrt{2}+1.

Opgave 19

Geplaatst op door

Controleer voor elk natuurlijk getal vanaf 7 of {n} \choose {7} deelbaar is door 12 en bereken de fractie van dergelijke getallen. Zoek de limiet van die fractie als je steeds meer getallen controleert.

Antwoord
  • We weten dat {n} \choose {7} = \dfrac{n!}{7!(n-7)!}=\dfrac{n(n-1)\cdots(n-6)}{2^4.3^2.5.7}
  • Om deelbaar te zijn door 12 moet de teller deelbaar zijn door {2^6.3^3.5.7}. Omdat de teller betsaat uit zeven opeenvolgende getallen is die zeker al deelbaar door 7 en 5.
  • Bekijken we nu de factoren 3. De teller is zeker deelbaar door 9, want zeven opeenvolgende getallen bevatten zeker twee veelvouden van 3.
  • Als n \equiv 0,1,2,3,4,5 \text{ of } 6 \text{ mod } 9, dan is zeker één van de zeven getallen uit de teller deelbaar door 9 en een ander door 3, zodat de teller deelbaar is door 3^3.
  • Nu de factoren 2: Als n even is dan zijn n,n-2,n-4 en n-6 allemaal deelbaar door 2 en juist twee getallen zijn een viervoud, zodat de teller dan deelbaar is door 2^6.
  • Als n oneven is dan zijn n-1,n-3 en n-5 deelbaar door 2. Als n-3 het enige getal is dat deelbaar is door 4, dan moet het zelfs deelbaar zijn door 16 anders kan de teller niet deelbaar zijn door 2^6. Dus moet n \equiv 3 \text{ mod } 16. Als n-1 en n-5 beiden deelbaar zijn door 4, dan moet opdat de teller  deelbaar zou  zijn door 2^6, een van die getallen deelbaar zijn door 8. Dus moet n \equiv 1,5 \text{ mod } 8 of n \equiv 1,5,9,13 \text{ mod } 16.
  • Brengen we nu alle informatie samen: {n} \choose {7} is deelbaar door 12 als en slechts als

        \[\begin{cases} n \equiv 0,1,2,3,4,5,6 \text{ mod } 9 \\ n \equiv 0,1,2,3,4,5,6 ,8,9,10,12,13,14 \text{ mod } 16\]

  • Er zijn 7 mogelijkheden modulo 9 en 13 mogelijkheden modulo 16, dus zijn er volgens de Chinese reststelling 9.13=91  oplossingen modulo 9.16=144.
  • De waarschijnlijkheid dat {n} \choose {7}  deelbaar is door 12 nadert dus de waarde \frac{91}{144}.

Opgave 18

Geplaatst op door

n \in \mathbb{N}_0 is p-veilig ( met p een natuurlijk getal verschillend van 0), als het in absolute waarde meer dan 2 verschilt van alle p-vouden. Hoeveel natuurlijke getallen bestaan er die kleiner zijn dan 10000 en tegelijkertijd 7- veilig, 11-veilig en 13-veilig zijn?

Antwoord

  • Even op onderzoek: welke zijn de 10-veilige getallen? Het zijn: 3,4,5,6,7,13,14,15,16,17,23,…
  • als x zowel 7-veilig, 11-veilig en 13-veilig moet zijn dan geldt
    \begin{cases} x\equiv 3,4 \text{ mod } 7 \\ x\equiv 3,4,5,6,7,8 \text{ mod } 11 \\ x\equiv 3,4,5,6,7,8,9,10 \text{ mod } 13 \end{cases}
  • Eigenlijk staan hier 2.6.8=96 stelsels die , volgens de chinese reststelling, allemaal een unieke oplossing hebben modulo 7.11.13=1001
  • Tussen 1 en 1001 hebben we dus 96 oplossingen, idem tussen 1002 en 2002, tussen 2003 en 3003, …, tussen 9009 en 10010. Bijgevolg hebben we 10.96 = 960 oplossingen.
  • Maar misschien zijn er wel oplossingen bij die  groter zijn dan 10000, vermits we tot 10010 gerekend hebben. We controleren en vinden dat 10006 \equiv -4 \text{ mod } 1001 en dus bij deling door 7,11 en 13 respectievelijk 3,7,en 9 als rest laat. Zodoende is 10006 zowel 7-veilig als 11-veilig en 13-veilig. Het zelfde geldt voor 10007 \equiv -3 \text{ mod } 1001.
  • Bijgevolg zijn er 960 – 2= 958 getallen die zowel 7-veilig, 11-veilig als 13-veilig zijn.

Opgave 17

Geplaatst op door

Er bestaat een punt P binnen een gelijkzijdige driehoek ABC zodat |PA|= 3, |PB|=4 en |PC|=5. Bereken de lengte van de zijde van die gelijkzijdige driehoek.

Antwoord

  • We roteren driehoek ABC rond A over 60°.
    BP’ is het beeld van CP en heeft dus lengte 5. Bovendien is driehoek APP’ gelijkzijdig en dus heeft PP’ lengte 3. Bijgevolg is driehoek BPP’ een 3-4-5 driehoek en dus rechthoekig.
  • Driehoek APP’ is gelijkzijdig en dus zijn alle hoeken 60°. Daarom meet de hoek BPA juist 90°+60°=150°.
  • We kunnen in driehoek BPA, met behulp van de cosinusregel de lengte van AB berekenen: |AB|^2=3^2+4^2-2.3.4.\cos 150°=25+12\sqrt{3}.
  • De zijde van de gelijkzijdige driehoek ABC heeft als lengte \sqrt{25+12\sqrt{3}}.

Opgave 15

Geplaatst op door

Zoek het algemeen voorschrift van de rij a_{n+1}-2a_n=F_n met a_0=0, waarbij F_n de rij van Fibonacci is met F_0=0,F_1=1,F_2=1,...

Antwoord

  • Het rechterlid van de formule is niet nul, zodat we geen lineaire recurrente rij krijgen. Maar dat kunnen we verhelpen door ook te schrijven dat  a_{n+2}-2a_{n+1}=F_{n+1} en a_{n+3}-2a_{n+2}=F_{n+2}.
  • De laatste vergelijking verminderd met de vorige en de opgave geeft, gebruikmakend van de eigenschappen van de rij van Fibonacci, dat a_{n+3}-3a_{n+2}+a_{n+1}+2a_n=0.
  • De karakteristieke vergelijking van deze lineaire recurrentie is x^3-3x^2+x+2=(x-2)(x^2-x-1). Volgens de theorie van de lineaire recurrente rijen is dan a_n=A.2^n+B.\alpha^n+C.\beta^n. Hierbij is \alpha=\dfrac{1+\sqrt{5}}{2} en \beta=\dfrac{1-\sqrt{5}}{2}. We weten, ook door gebruik te maken van de theorie van de lineaire recurrentie, dat F_n=\dfrac{\alpha^n-\beta^n}{\alpha-\beta}.
  • In a_n=A.2^n+B.\alpha^n+C.\beta^n, bepalen we A,B en C door gebruik te maken van a_0=0,a_1=0 en a_2=1. We vinden A=1, B=-\dfrac{\alpha^2}{\alpha-\beta} en C=\dfrac{\beta^2}{\alpha-\beta}.
  • Bijgevolg is a_n=2^n-F_{n+2}.