IMO 1977 · Problem 2
In a finite sequence of real numbers the sum of any seven successive terms is negative, and the sum of any eleven successive terms is positive. Determine the maximum number of terms in the sequence.
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
\[ \boxed{16} \]
Solution
Suppose a sequence satisfying the conditions has at least \(17\) terms, and denote its first \(17\) terms by \(a_1,\ldots,a_{17}\). Consider \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] For each fixed \(i\), the inner sum consists of seven successive terms, so \(T<0\). But reversing the order of summation gives \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] Now each inner sum consists of eleven successive terms, so \(T>0\), a contradiction. Thus the sequence has at most \(16\) terms.
To attain this bound, take \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] This is the beginning of a sequence with period seven, whose repeating block contains five entries equal to \(5\) and two equal to \(-13\). Consequently, every seven successive terms have sum \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
The negative entries occur precisely at positions \(3,7,10,14\). An eleven-term block starts at one of positions \(1,\ldots,6\):
- If it starts at \(1,2,\) or \(3\), its negative entries are at positions \(3,7,10\).
- If it starts at \(4,5,\) or \(6\), its negative entries are at positions \(7,10,14\).
Thus every eleven successive terms contain eight entries equal to \(5\) and three equal to \(-13\), giving sum \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0. \] The construction satisfies both conditions, so the maximum is \(16\).
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1977 · Aufgabe 2
In einer endlichen Folge reeller Zahlen ist die Summe von je sieben aufeinanderfolgenden Gliedern negativ und die Summe von je elf aufeinanderfolgenden Gliedern positiv. Bestimme die größtmögliche Anzahl von Gliedern der Folge.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
\[ \boxed{16} \]
Lösung
Angenommen, eine Folge, die die Bedingungen erfüllt, hat mindestens \(17\) Glieder, und bezeichne ihre ersten \(17\) Glieder mit \(a_1,\ldots,a_{17}\). Betrachte \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] Für jedes feste \(i\) besteht die innere Summe aus sieben aufeinanderfolgenden Gliedern, also gilt \(T<0\). Durch Vertauschen der Summationsreihenfolge erhält man jedoch \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] Nun besteht jede innere Summe aus elf aufeinanderfolgenden Gliedern, also gilt \(T>0\), ein Widerspruch. Somit hat die Folge höchstens \(16\) Glieder.
Um diese Schranke zu erreichen, wähle \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] Dies ist der Anfang einer Folge mit der Periode sieben, deren sich wiederholender Block fünf Glieder gleich \(5\) und zwei gleich \(-13\) enthält. Folglich haben je sieben aufeinanderfolgende Glieder die Summe \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
Die negativen Glieder stehen genau an den Stellen \(3,7,10,14\). Ein Block aus elf Gliedern beginnt an einer der Stellen \(1,\ldots,6\):
- Beginnt er an der Stelle \(1,2,\) oder \(3\), so stehen seine negativen Glieder an den Stellen \(3,7,10\).
- Beginnt er an der Stelle \(4,5,\) oder \(6\), so stehen seine negativen Glieder an den Stellen \(7,10,14\).
Somit enthalten je elf aufeinanderfolgende Glieder acht Glieder gleich \(5\) und drei gleich \(-13\), sodass ihre Summe \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0 \] beträgt. Die Konstruktion erfüllt beide Bedingungen, also ist die größtmögliche Anzahl \(16\).
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1977 · Soru 2
Sonlu bir gerçek sayı dizisinde, ardışık herhangi yedi terimin toplamı negatif, ardışık herhangi on bir terimin toplamı ise pozitiftir. Dizinin en fazla kaç terimi olabileceğini bulunuz.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
\[ \boxed{16} \]
Çözüm
Koşulları sağlayan bir dizinin en az \(17\) terimi olduğunu varsayalım ve ilk \(17\) terimini \(a_1,\ldots,a_{17}\) ile gösterelim. \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1} \] toplamını ele alalım. Her sabit \(i\) için içteki toplam ardışık yedi terimden oluşur, dolayısıyla \(T<0\) olur. Ancak toplama sırası değiştirildiğinde \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1} \] elde edilir. Şimdi içteki her toplam ardışık on bir terimden oluşur, dolayısıyla \(T>0\) olur; bu bir çelişkidir. O hâlde dizinin en fazla \(16\) terimi vardır.
Bu sınıra ulaşmak için \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5 \] dizisini alalım. Bu, tekrarlanan bloğunda \(5\)'e eşit beş terim ve \(-13\)'e eşit iki terim bulunan, yedi periyotlu bir dizinin başlangıcıdır. Bu nedenle ardışık her yedi terimin toplamı \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0 \] olur.
Negatif terimler tam olarak \(3,7,10,14\). sıralarda bulunur. On bir terimlik bir blok, \(1,\ldots,6\). sıralardan birinde başlar:
- Blok \(1,2,\) veya \(3\). sırada başlıyorsa, negatif terimleri \(3,7,10\). sıralardadır.
- Blok \(4,5,\) veya \(6\). sırada başlıyorsa, negatif terimleri \(7,10,14\). sıralardadır.
Dolayısıyla ardışık her on bir terim arasında \(5\)'e eşit sekiz terim ve \(-13\)'e eşit üç terim bulunur ve bunların toplamı \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0 \] olur. Oluşturulan dizi her iki koşulu da sağladığından, en fazla terim sayısı \(16\)'dır.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1977 · Problema 2
En una sucesión finita de números reales, la suma de cualesquiera siete términos consecutivos es negativa, y la suma de cualesquiera once términos consecutivos es positiva. Determinar el número máximo de términos de la sucesión.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
\[ \boxed{16} \]
Solución
Supongamos que una sucesión que satisface las condiciones tiene al menos \(17\) términos, y denotemos sus primeros \(17\) términos por \(a_1,\ldots,a_{17}\). Consideremos \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] Para cada \(i\) fijo, la suma interior consta de siete términos consecutivos, por lo que \(T<0\). Pero al invertir el orden de sumación obtenemos \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] Ahora cada suma interior consta de once términos consecutivos, por lo que \(T>0\), una contradicción. Así pues, la sucesión tiene a lo sumo \(16\) términos.
Para alcanzar esta cota, tomemos \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] Este es el comienzo de una sucesión de período siete, cuyo bloque repetido contiene cinco términos iguales a \(5\) y dos iguales a \(-13\). En consecuencia, cualesquiera siete términos consecutivos tienen suma \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
Los términos negativos aparecen exactamente en las posiciones \(3,7,10,14\). Un bloque de once términos comienza en una de las posiciones \(1,\ldots,6\):
- Si comienza en \(1,2,\) o \(3\), sus términos negativos están en las posiciones \(3,7,10\).
- Si comienza en \(4,5,\) o \(6\), sus términos negativos están en las posiciones \(7,10,14\).
Por tanto, cualesquiera once términos consecutivos contienen ocho términos iguales a \(5\) y tres iguales a \(-13\), lo que da la suma \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0. \] La construcción satisface ambas condiciones, por lo que el máximo es \(16\).
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1977 · 问题 2
一个有限实数数列中,任意连续七项的和均为负数,任意连续十一项的和均为正数。求这个数列的项数的最大值。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
\[ \boxed{16} \]
解答
假设一个满足条件的数列至少有 \(17\) 项,将其前 \(17\) 项记为 \(a_1,\ldots,a_{17}\)。考虑 \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] 对于每个固定的 \(i\),内层求和是连续七项的和,因此 \(T<0\)。但是,交换求和次序可得 \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] 此时,每个内层求和都是连续十一项的和,因此 \(T>0\),矛盾。所以,这个数列至多有 \(16\) 项。
为达到这个上界,取 \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] 这是一个以七为周期的数列的开头部分,其重复的七项中有五项等于 \(5\),两项等于 \(-13\)。因此,任意连续七项的和均为 \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
负数项恰好位于第 \(3,7,10,14\) 项。连续十一项的起始项只能是第 \(1,\ldots,6\) 项之一:
- 若从第 \(1,2,\) 或 \(3\) 项开始,其中的负数项为第 \(3,7,10\) 项。
- 若从第 \(4,5,\) 或 \(6\) 项开始,其中的负数项为第 \(7,10,14\) 项。
因此,任意连续十一项中都有八项等于 \(5\),三项等于 \(-13\),其和为 \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0. \] 这一构造满足两个条件,所以项数的最大值为 \(16\)。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1977 · Задача 2
В конечной последовательности действительных чисел сумма любых семи последовательных членов отрицательна, а сумма любых одиннадцати последовательных членов положительна. Определите наибольшее возможное число членов этой последовательности.
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
\[ \boxed{16} \]
Решение
Предположим, что последовательность, удовлетворяющая условиям, содержит не менее \(17\) членов, и обозначим её первые \(17\) членов через \(a_1,\ldots,a_{17}\). Рассмотрим \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] При каждом фиксированном \(i\) внутренняя сумма состоит из семи последовательных членов, поэтому \(T<0\). Но, изменив порядок суммирования, получаем \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] Теперь каждая внутренняя сумма состоит из одиннадцати последовательных членов, поэтому \(T>0\), что даёт противоречие. Таким образом, последовательность содержит не более \(16\) членов.
Чтобы достичь этой границы, возьмём \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] Это начало последовательности с периодом семь, в повторяющемся блоке которой пять членов равны \(5\), а два равны \(-13\). Следовательно, сумма любых семи последовательных членов равна \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
Отрицательные члены стоят в точности на местах \(3,7,10,14\). Блок из одиннадцати членов начинается с одного из мест \(1,\ldots,6\):
- Если он начинается с места \(1,2,\) или \(3\), то его отрицательные члены стоят на местах \(3,7,10\).
- Если он начинается с места \(4,5,\) или \(6\), то его отрицательные члены стоят на местах \(7,10,14\).
Таким образом, среди любых одиннадцати последовательных членов восемь равны \(5\), а три равны \(-13\), и их сумма равна \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0. \] Построенная последовательность удовлетворяет обоим условиям, поэтому искомый максимум равен \(16\).
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1977 · المسألة 2
في متتالية منتهية من الأعداد الحقيقية، مجموع أي سبعة حدود متتالية سالب، ومجموع أي أحد عشر حدًّا متتاليًا موجب. حدّد أكبر عدد ممكن من حدود هذه المتتالية.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
\[ \boxed{16} \]
الحل
افترض أن متتالية تحقق الشرطين لها \(17\) حدًّا على الأقل، ولنرمز إلى حدودها الـ\(17\) الأولى بـ\(a_1,\ldots,a_{17}\). لننظر في \[ T=\sum_{i=1}^{11}\sum_{j=1}^{7}a_{i+j-1}. \] لكل \(i\) ثابت، يتكون المجموع الداخلي من سبعة حدود متتالية، لذا \(T<0\). لكن عكس ترتيب الجمع يعطي \[ T=\sum_{j=1}^{7}\sum_{i=1}^{11}a_{i+j-1}. \] الآن يتكون كل مجموع داخلي من أحد عشر حدًّا متتاليًا، لذا \(T>0\)، وهذا تناقض. إذن عدد حدود المتتالية لا يتجاوز \(16\).
لبلوغ هذا الحد، نأخذ \[ 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5,-13,5,5,5,-13,\quad 5,5. \] هذه بداية متتالية دورية دورها سبعة، تتكون كتلتها المتكررة من خمسة حدود تساوي \(5\) وحدّين يساويان \(-13\). وبناءً عليه، فإن مجموع كل سبعة حدود متتالية هو \[ 5\cdot5-2\cdot13=-1<0. \]
تقع الحدود السالبة بالضبط في المواضع \(3,7,10,14\). وتبدأ أي كتلة من أحد عشر حدًّا في أحد المواضع \(1,\ldots,6\):
- إذا بدأت في \(1,2,\) أو \(3\)، فإن حدودها السالبة تقع في المواضع \(3,7,10\).
- إذا بدأت في \(4,5,\) أو \(6\)، فإن حدودها السالبة تقع في المواضع \(7,10,14\).
إذن تحتوي كل أحد عشر حدًّا متتاليًا على ثمانية حدود تساوي \(5\) وثلاثة حدود تساوي \(-13\)، فيكون مجموعها \[ 8\cdot5-3\cdot13=1>0. \] يحقق هذا البناء كلا الشرطين، لذا فإن العدد الأقصى هو \(16\).
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).