FPI matek szakkör 8. évf. 4. szakkör órai feladatok megoldásokkal. 4. szakkör, október. 20. Az órai feladatok megoldása

Hasonló dokumentumok
ARCHIMEDES MATEMATIKA VERSENY

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

I. Egyenlet fogalma, algebrai megoldása

Diszkrét matematika 1.

Másodfokú egyenletek, egyenlőtlenségek

Nyugat-magyarországi Egyetem Geoinformatikai Kara. Prof. Dr. Závoti József. Matematika III. 1. MA3-1 modul. Kombinatorika

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2014/2015-ös tanév első (iskolai) forduló Haladók II. kategória

Diszkrét matematika 1.

HHF0CX. k darab halmaz sorbarendezésének a lehetősége k! Így adódik az alábbi képlet:

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

NÉMETH LÁSZLÓ VÁROSI MATEMATIKA VERSENY 2014 HÓDMEZŐVÁSÁRHELY OSZTÁLY ÁPRILIS 7.

Sorozatok I. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma)

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2008/2009-es tanév első (iskolai) forduló haladók I. kategória

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

1.1. Alapfeladatok. hogy F 1 = 1, F 2 = 1 és általában F n+2 = F n+1 + F n (mert a jobboldali ág egy szinttel lennebb van, mint a baloldali).

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010 Matematika I. kategória (SZAKKÖZÉPISKOLA) 2. forduló feladatainak megoldása

Megoldás: Mindkét állítás hamis! Indoklás: a) Azonos alapú hatványokat úgy szorzunk, hogy a kitevőket összeadjuk. Tehát: a 3 * a 4 = a 3+4 = a 7

3. Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Kombinatorika - kidolgozott típuspéldák

Magasabbfokú egyenletek

Feladatok és megoldások a 8. hétre Építőkari Matematika A3

æ A GYAKORLAT (* feladatok nem kötelezőek)

1. tétel. 1. Egy derékszögű háromszög egyik szöge 50, a szög melletti befogója 7 cm. Mekkora a háromszög átfogója? (4 pont)

összeadjuk 0-t kapunk. Képletben:

Ismétlés nélküli kombináció

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

Elemi matematika szakkör

Az egyszerűsítés utáni alak:

Elemi algebrai eszközökkel megoldható versenyfeladatok Ábrahám Gábor, Szeged

1. ábra ábra

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

Numerikus módszerek 1.

Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály, középszint

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Megyei matematikaverseny évfolyam 2. forduló

K O M B I N A T O R I K A P e r m u t á c i ó k, k o m b i n á c i ó k, v a r i á c i ó k

1. A Horner-elrendezés

Műveletek egész számokkal

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Szakács Lili Kata megoldása

Boronkay György Műszaki Középiskola és Gimnázium

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, mátrixegyenlet

Matematika 8. osztály

24. szakkör (Csoportelméleti alapfogalmak 3.)

Feladatok és megoldások az 1. sorozat Építőkari Matematika A3

Egyenletek, egyenlőtlenségek V.

Nagy András. Feladatok a logaritmus témaköréhez 11. osztály 2010.

MATEMATIKA VERSENY ABASÁR, 2018

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

10. Koordinátageometria

Játék a szavakkal. Ismétléses nélküli kombináció: n különböző elem közül választunk ki k darabot úgy, hogy egy elemet csak egyszer

V. Békés Megyei Középiskolai Matematikaverseny 2012/2013 Megoldások 11. évfolyam

Emelt szintű érettségi feladatsorok és megoldásaik Összeállította: Pataki János; dátum: november. I. rész

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

;3 ; 0; 1 7; ;7 5; 3. pozitív: ; pozitív is, negatív is: ;

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny MATEMATIKA II. KATEGÓRIA (GIMNÁZIUM)

MBNK12: Permutációk (el adásvázlat, április 11.) Maróti Miklós

Komplex számok algebrai alakja

Komplex számok. Wettl Ferenc szeptember 14. Wettl Ferenc Komplex számok szeptember / 23

Egyenletek, egyenlőtlenségek VII.

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

egyenlőtlenségnek kell teljesülnie.

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Egész számok. pozitív egész számok: 1; 2; 3; 4;... negatív egész számok: 1; 2; 3; 4;...

Hajnal Péter. Bolyai Intézet, TTIK, SZTE, Szeged április 8.

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2008/2009-es tanév első (iskolai) forduló haladók II. kategória

Kalkulus. Komplex számok

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Abszolútértékes és gyökös kifejezések

Oszthatóság. Oszthatóság definíciója (az egészek illetve a természetes számok halmazán):

7. Számelmélet. 1. Lehet-e négyzetszám az a pozitív egész szám, amelynek tízes számrendszerbeli alakjában 510 darab 1-es és valahány 0 szerepel?

MATE-INFO UBB verseny, március 25. MATEMATIKA írásbeli vizsga

8. Egyenletek, egyenlőtlenségek, egyenletrendszerek II.

Gauss elimináció, LU felbontás

Gauss-eliminációval, Cholesky felbontás, QR felbontás

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

1. Legyen egy háromszög három oldalának a hossza a, b, c. Bizonyítsuk be, hogy Mikor állhat fenn egyenlőség? Kántor Sándorné, Debrecen

Tétel: A háromszög belső szögeinek összege: 180

x = 1 = ı (imaginárius egység), illetve x 12 = 1 ± 1 4 2

Módszertani megjegyzés: A kikötés az osztás műveletéhez kötődik. A jobb megértés miatt célszerű egy-két példát mu-

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Exponenciális és Logaritmusos feladatok

Az 1. forduló feladatainak megoldása

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

9. évfolyam Javítóvizsga szóbeli. 1. Mit ért két halmaz unióján? 2. Oldja meg a következő egyenletrendszert a valós számok halmazán!

Hatványozás. A hatványozás azonosságai

Lineáris algebra numerikus módszerei

XX. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Algoritmusok és adatszerkezetek gyakorlat 03 Oszd meg és uralkodj. Nagy

1. megold s: A keresett háromjegyű szám egyik számjegye a 3-as, a két ismeretlen számjegyet jelölje a és b. A feltétel szerint

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

352 Nevezetes egyenlôtlenségek. , az átfogó hossza 81 cm

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

: s s t 2 s t. m m m. e f e f. a a ab a b c. a c b ac. 5. Végezzük el a kijelölt m veleteket a változók lehetséges értékei mellett!

Halmazok. Gyakorló feladatsor a 9-es évfolyamdolgozathoz

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Az Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny tanévi első fordulójának feladatmegoldásai

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2012/2013-as tanév 1. forduló haladók III. kategória

Átírás:

4. szakkör, 2004. október. 20. Az órai feladatok megoldása Most csak három önmagában nem nehéz feladatot kapsz, és a feladatot magadnak kell általánosítani, szisztematikusan adatot gyűjteni, általános sejtést megfogalmazni, majd esetleg bizonyítani is. 1.9 Bontsd fel a zárójelet! (a + b) 4 = Megoldás (a konkrét feladaté) (a + b) 2 (a + b) 2 = (a 2 + 2ab + b 2 ) (a 2 + 2ab + b 2 ) = a 4 + 4a 3 b + 6a 2 b 2 + 4ab 3 + b 4. Megoldás (szisztematikus építkezés, adatgyűjtés) a + b = a + b (a + b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 (a + b) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b 3 (a + b) 4 = a 4 + 4a 3 b + 6a 2 b 2 + 4ab 3 + b 4 (a + b) 5 = a 5 + 5a 4 b + 10a 3 b 2 + 10a 2 b 3 + 5ab 4 + b 5 (a + b) 6 = a 6 + 6a 4 b +... Ismerősek ezek a számok a Pascal háromszögből.... 1 1a + 1b 1a 2 + 2ab + 1b 2 1a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + 1b 3 1a 4 + 4a 3 b + 6a 2 b 2 + 4ab 3 + 1b 4 1a 5 + 5a 4 b + 10a 3 b 2 + 10a 2 b 3 + 5ab 4 + 1b 5 1a 6 + 6a 5 b + 15a 4 b 2 + 20a 3 b 3 + 15a 2 b 4 + 6ab 5 + 1b 6 Úgy tűnik, hogy ha (a + b) n t kifejtjük azaz felbontjuk a zárójelt -, és a tagokat a kitevője szerint csökkenő sorrendben írjuk fel (a n, a n-1 b 2, a n-2 b 2,..., b n ), akkor az együtthatók épp a Pascal háromszög n-edik sorának számai lesznek abban a sorrendben, ahogy ott következnek. Tehát: Binomiális tétel n n n 1 1 n 2 2 n 3 3 n 2 n 2 n 1 n 1 n ( a + b) = a + a b + a b + a b +... + a b + a b + b, 0 1 2 3 2 1 n n ahol..., a Pascal háromszög n-edik sorának, 0., 1., 2., 3., 0 1 2 3 2 1..., (n-2)-edik, (n-1)-edik, n-edik elemét jelöli, tehát a Pascal háromszög n-edik sorának k- adik eleme. 1/6

I. megjegyzés A binomiális tétel elnevezést így fordíthatnánk le: a két tagra vonatkozó tétel azaz a kéttagú összeg (a + b) hatványára vonatkozó összefüggés. II. megjegyzés -t binomiális együtthatónak is nevezik. A Pascal háromszögre vonatkozó ismereteink alapján n ( n 1) ( n 2)... ( n k + 1) n! = =. A 3. szakkör 1.3. feladata alapján az k ( k 1) ( k 2)... 1 k!( n k)! a szám, ahányféleképpen n (különböző) dologból kiválasztható k, ha nem számít a kiválasztás sorrendje. A binomiális tétel I. bizonyítása (rekurzió) Nézzük meg, hogyan számoljuk ki (a + b) 2 -t! Tényleg a Pascal háromszög második sorában lesznek az együtthatók? (a + b) 2 = (a + b) (a + b) = a (1a + 1b) + b (1a + 1b). A beszorzást a Pascal háromszögben is nyomon követhetjük: Az a-val való szorzás balra lefelé visz, míg a b-vel való szorzás jobbra lefelé visz. Az 1a 2 -et az 1a-ból, annak a-val való megszorzásából nyertük, míg a 2ab-ból az egyik ab az előző sorban található 1b-nek az a-val való szorzatából, a másik ab az előző sorban levő 1anak a b-vel való szorzatából adódott. Végül 1b 2 az 1b tag b-vel való szorzatából jön ki. Így jön ki (a + b) 3 is az (a + b) 2 re vonatkozó eredményből: (a + b) 3 = (a + b) (a + b) 2 = a (1a 2 + 2ab + 1b 2 ) + b (1a 2 + 2ab + 1b 2 ), és a beszorzásban, összegzésben a Pascal háromszög segít: Így haladhatunk tovább, (a + b) n együtthatói épp úgy számolhatók ki (a + b) n együtthatóiból, ahogy a Pascal háromszög n-edik sorának számai kiszámolhatók a Pascal háromszög (n-1)- esik sorának számaiból. Ez igazolja a binomiális tételt. A binomiális tétel II. bizonyítása (kombinatorikus értelmezés) (a + b) n felbontásához az (a + b) (a + b) (a + b)... (a + b) n-tényezős szorzatban kellene felbontani a zárójeleket. Hogyan kerül a felbontásba a n? Úgy, hogy a beszorzáskor mindegyik tényezőből az a tagot választjuk. Hogyan kerül a felbontásba a n-2 b 2? Pld úgy, hogy az első (n-2) tényezőből az a tagot, az utolsó 2 tényezőből a b tagot választjuk. De úgy is, hogy az n tényező közül bármelyik 2-ből a 2/6

b tagot, a többiből az a tagot választjuk ki. Ezért a n-2 b 2 együtthatója a felbontásban annyi lesz n ahányféleképpen az n tényező közül kiválasztható 2, azaz. 2 Ehhez hasonlóan a n-k b k együtthatója lesz, hiszen a n tényező közül ennyiféleképpen választható ki az a k db, amelyből a b tagot választjuk ki a beszorzáskor (a többiből az a tagot választjuk). A tételt bebizonyítottuk. 1.10. Hány megoldása van az x + y + z = 6 egyenletnek a nemnegatív egész szám(hármas)ok halmazán? (Az x = 0, y =0, z = 6 és az x = 6, y =0, z = 0 megoldások most különbözőnek számítanak. Megoldás (a konkrét feladaté) Alább táblázatban szedtük össze a megoldásokat. A legnagyobb lehetséges x értékkel kezdtük, majd fokozatosan csökkentettük. Az x adott értéke mellett az y értékek is csökkenő sorban következnek (lexikografikusan csökkenő elrendezés). x 6 5 5 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 y 0 1 0 2 1 0 3 2 1 0 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 z 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 6 28 megoldást kaptunk. Az x = 6 értékhez 1, az x = 5 értékhez 2, az x = 4 értékhez 3,... az x = 0 értékhez 7 megoldás tartozik így is kijön az 1 + 2 + 3 +... + 7 = 28 megoldás. Megoldás (szisztematikus építkezés, adatgyűjtés) Oldjuk meg sorra az x + y + z = 0, x + y + z = 1, x + y + z = 2,... egyenleteket! Az eredmények a táblázatból leolvashatók. Látható, hogy az x + y + z = n egyenlet megoldásainak száma x = n re 1, x = (n 1)-re 2, x = (n 2)-re 3,..., x = 0-ra (n + 1), tehát összesen 1 + 2 + 3 +... + (n + 1) = (n+1)(n+2)/2 megoldás van. x y z x y z x + y + z = 0 0 0 0 1 x + y + z = 4 4 0 0 3 1 0 x + y + z = 1 1 0 0 3 0 1 0 1 0 3 2 2 0 0 0 1 2 1 1 2 0 2 x + y + z = 2 2 0 0 1 3 0 1 1 0 1 2 1 1 0 1 1 1 2 6 0 2 0 1 0 3 0 1 1 0 4 0 0 0 2 0 3 1 0 2 2 x + y + z = 3 3 0 0 0 1 3 2 1 0 0 0 4 2 0 1 1 2 0 1 1 1 1 0 2 10 0 3 0 0 2 1 0 1 2 0 0 3 15 3/6

Megjegyzés A feladat eredménye, pontosabban az x + y + z = n egyenlet megoldásainak száma (x, y, z nemnegatív egészek és számít a sorrendjük) is megtalálható a Pascal háromszögben, az alább vastagon szedett átlóban: 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 1.10.1. a) Magyarázzuk meg a Pascal háromszög alapján, miért a fent jelölt átlóban van az x + y + z = n egyenlet megoldásainak száma minden nemnegatív egész n esetén? b) Hány megoldása van az x + y + z + t = 6 egyenletnek a nemnegatív egész szám(négyesek)- ek halmazán? I. megoldás a) Lépjünk vissza egy kicsit! Legyen először csak egy ismeretlenünk! Vizsgáljuk az z = 0, z = 1, z = 2,... egyenletek megoldásainak számát! Természetesen mindegyiknek 1 megoldása van, mondhatjuk ezek a megoldásszámok állnak a Pascal háromszög szélső átlójában. Nevezzük ezt a 0- átlónak. Legyen most két ismeretlenünk, azaz nézzük az y + z = 0, y + z = 1, y + z = 2,... egyenleteket! Válasszuk ki pld az y + z = 6 egyenletet. Ebben y-nak 7-féle értéke lehet (0-tól 6-ig) és bármelyik értéket választjuk mindig egy egyváltozós egyenletünk marad, amelynek mindig egy megoldása van. Összesen tehát 7 megoldás lesz. Ehhez hasonlóan az y + z = n egyenletnek (n + 1) megoldása van. y + z = 0, y + z = 1, y + z = 2,... egyenletek megoldásszámai a Pascal háromszög első átlójában sorakoznak. Ha három ismeretlenünk van, tehát az x + y + z = n egyenletet vizsgáljuk, akkor x értékét n- nek, (n-1)-nek,..., 1-nek, 0-nak választhatjuk. Az egyes választások mellett egy-egy kétváltozós egyenletet kapunk. Ezek megoldásai a Pascal háromszög első átlójában fölülről egyesével sorakoznak: 1, 2,..., n, (n + 1). A 3. szakkör 1.6. feladatban láttuk, hogy a Pascal háromszög bármely átlójában az elemek összege a legfölső elemtől valamelyik elemig egyenlő a legutolsó elemtől a Pascal háromszögben balra lejjebb található számmal. Így a jelen esetben az eredmény a második átlóba kerül. b) Az x + y + z + t = 6 egyenletben x értéke lehet 6, 5, 4, 3, 2, 1 és 0. Az egyes értékek választása után rendre az 4/6

y + z + t = 0, y + z + t = 1, y + z + t = 2, y + z + t = 3, y + z + t = 4, y + z + t = 5, y + z + t = 6 egyenleteket kell megoldanunk. Ezek megoldásainak száma a Pascal háromszög második átlójában olvasható le, rendre 1, 3, 6, 10, 15, 21 és 28. Ezek összege, a 3. szakkör 1.6. feladata alapján a Pascal háromszögben a 28-tól balra lefelé található szám, azaz 84. Ehhez hasonlóan, ha k db változó összege n, és a nemnegatív megoldásokat keressük, akkor a megoldások számát a Pascal háromszög (k-1)-edik átlójából olvashatjuk le, mégpedig ott az n- edik elem a megoldásszám (ha a 0. elemtől számolunk). II. megoldás (kezdemény) Ábrázoljuk 6 felbontásait a számegyenesen! Az ábrán három példa látható. Először felmértük az origótól x-et, majd annak végpontjából y- t, és 6-ig a maradék lesz z. Egy-egy nagy pöcköt helyeztünk el x és y, illetve y és z közé. A 7 7 6 két pöcköt hét helyre tehetjük, ez = = 21lehetőség. A két pöcök még lehet 2 2 ugyanazon a helyen is (ezek felelnek meg az y = 0 esetnek), ami további 7 lehetőség, tehát összesen 28.... 1.11. Hányféleképpen mehetünk fel egy hatfokú lépcsőn, ha egy lépéssel egy vagy két fokot mehetünk feljebb? 5/6

I. megoldás Csoportosítsuk a lehetőségeket aszerint, hogy hányszor lépünk két fokot! lépések a 6. fokig lehetőségek 2-es 1-es összes 0 6 6 6 = 1 0 1 4 5 5 = 5 1 2 2 4 4 = 6 2 3 0 3 3 = 1 3 összesen: 13 Hasonlóan végigszámolhatjuk a lehetőségeket, ha az 1., 2., 3., 4., 5. vagy 7. fokig megyünk. Ha f n jelöli az n-edik fokra való eljutás lehetőségeinek számát, akkor f 1 = 1, f 2 = 2, f 3 = 3, f 4 = 5, f 5 = 8, f 6 = 13, f 7 = 21. Megjegyzés Az f 1, f 2, f 3, f 4, f 5, f 6,... számok az I. megoldás alapján kiolvashatók a Pascal háromszögből: Így logikus f 0 -nak az 1-et tekinteni. II. megoldás Észrevehetjük, hogy a kapott sorozatban bármelyik elem az előző kettő összege (amennyiben van előző kettő), azaz f n = f n-1 + f n-2, ha n>2. Ezt így magyarázhatjuk meg: az n-edik lépcsőfokra vagy az (n-1)-edik fokról lépünk fel egyes lépéssel, vagy az (n-2)-edik fokról egy kettes lépéssel. Más lehetőség nincs. Így az n-edik fokra annyiféleképpen juthatunk fel, mint az (n-1)-edik fokra és az (n-2)-edik fokra összesen. Az 1. lépcsőfokra 1-féleképpen, a 2. lépcsőfokra 2-félekéépen juthatunk el, innentől kezdve pedig már használhatjuk a képletet. 6/6