IMO 2003
6 problems with complete solutions · Official problem paper (PDF)
Problem 1
\(S\) is the set \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\). Show that for any subset \(A\) of \(S\) with \(101\) elements we can find \(100\) distinct elements \(x_i\) of \(S\), such that the sets \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) are all pairwise disjoint.
Problem 2
Find all pairs \((m,n)\) of positive integers such that \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) is a positive integer.
Problem 3
A convex hexagon has the property that for any pair of opposite sides the distance between their midpoints is \(\sqrt{3}/2\) times the sum of their lengths Show that all the hexagon’s angles are equal.
Problem 4
\(ABCD\) is cyclic. The feet of the perpendicular from \(D\) to the lines \(AB,BC,CA\) are \(P,Q,R\) respectively. Show that the angle bisectors of \(ABC\) and \(CDA\) meet on the line \(AC\) iff \(RP=RQ\).
Problem 5
Given \(n>2\) and reals \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\), show that \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] Show that we have equality iff the sequence is an arithmetic progression.
Problem 6
Show that for each prime \(p\), there exists a prime \(q\) such that \(n^p-p\) is not divisible by \(q\) for any positive integer \(n\).
IMO 2003
6 Aufgaben mit vollständigen Lösungen · Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Aufgabe 1
Es sei \(S\) die Menge \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\). Zeige, dass es zu jeder Teilmenge \(A\) von \(S\) mit \(101\) Elementen \(100\) verschiedene Elemente \(x_i\) von \(S\) gibt, sodass die Mengen \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) paarweise disjunkt sind.
Aufgabe 2
Bestimme alle Paare \((m,n)\) positiver ganzer Zahlen, für die \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) eine positive ganze Zahl ist.
Aufgabe 3
Ein konvexes Sechseck hat die Eigenschaft, dass für jedes Paar gegenüberliegender Seiten der Abstand ihrer Mittelpunkte das \(\sqrt{3}/2\)-Fache der Summe ihrer Längen beträgt. Zeige, dass alle Winkel des Sechsecks gleich groß sind.
Aufgabe 4
\(ABCD\) ist ein Sehnenviereck. Die Lotfußpunkte von \(D\) auf den Geraden \(AB,BC,CA\) seien \(P,Q,R\) in dieser Reihenfolge. Zeige, dass sich die Winkelhalbierenden von \(ABC\) und \(CDA\) genau dann auf der Geraden \(AC\) treffen, wenn \(RP=RQ\) gilt.
Aufgabe 5
Gegeben seien \(n>2\) und reelle Zahlen \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\). Zeige, dass \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] Zeige, dass Gleichheit genau dann gilt, wenn die Folge eine arithmetische Folge ist.
Aufgabe 6
Zeige, dass es zu jeder Primzahl \(p\) eine Primzahl \(q\) gibt, sodass \(n^p-p\) für keine positive ganze Zahl \(n\) durch \(q\) teilbar ist.
IMO 2003
6 soru, tam çözümleriyle · Resmi soru kâğıdı (PDF)
Soru 1
\(S\), \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\) kümesi olsun. \(S\)'nin \(101\) elemanlı her \(A\) alt kümesi için, \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) kümeleri ikişer ikişer ayrık olacak biçimde \(S\)'nin \(100\) farklı \(x_i\) elemanının bulunabileceğini gösteriniz.
Soru 2
\(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) ifadesinin pozitif bir tam sayı olduğu tüm pozitif tam sayı \((m,n)\) ikililerini bulunuz.
Soru 3
Bir dışbükey altıgende, karşılıklı herhangi iki kenarın orta noktaları arasındaki uzaklık, bu kenarların uzunlukları toplamının \(\sqrt{3}/2\) katıdır. Altıgenin bütün açılarının eşit olduğunu gösteriniz.
Soru 4
\(ABCD\) bir kirişler dörtgenidir. \(D\)'den \(AB,BC,CA\) doğrularına indirilen dikmelerin ayakları sırasıyla \(P,Q,R\) olsun. \(ABC\) ve \(CDA\) açılarının açıortaylarının \(AC\) doğrusu üzerinde kesişmesi için gerek ve yeter koşulun \(RP=RQ\) olduğunu gösteriniz.
Soru 5
\(n>2\) ve \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\) gerçel sayıları veriliyor. \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2 \] olduğunu gösteriniz. Eşitliğin sağlanması için gerek ve yeter koşulun dizinin bir aritmetik dizi olması olduğunu gösteriniz.
Soru 6
Her \(p\) asal sayısı için, hiçbir pozitif \(n\) tam sayısında \(n^p-p\) sayısını bölmeyen bir \(q\) asal sayısının var olduğunu gösteriniz.
IMO 2003
6 problemas con soluciones completas · Enunciado oficial (PDF)
Problema 1
Sea \(S\) el conjunto \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\). Demostrar que, para cualquier subconjunto \(A\) de \(S\) con \(101\) elementos, podemos encontrar \(100\) elementos distintos \(x_i\) de \(S\) tales que los conjuntos \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) sean disjuntos dos a dos.
Problema 2
Encontrar todos los pares \((m,n)\) de enteros positivos tales que \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) sea un entero positivo.
Problema 3
Un hexágono convexo tiene la propiedad de que, para cualquier par de lados opuestos, la distancia entre sus puntos medios es \(\sqrt{3}/2\) veces la suma de sus longitudes. Demostrar que todos los ángulos del hexágono son iguales.
Problema 4
\(ABCD\) es un cuadrilátero cíclico. Los pies de las perpendiculares trazadas desde \(D\) a las rectas \(AB,BC,CA\) son \(P,Q,R\), respectivamente. Demostrar que las bisectrices de los ángulos \(ABC\) y \(CDA\) se cortan en la recta \(AC\) si y solo si \(RP=RQ\).
Problema 5
Dados \(n>2\) y números reales \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\), demostrar que \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] Demostrar que se da la igualdad si y solo si la sucesión es una progresión aritmética.
Problema 6
Demostrar que, para cada primo \(p\), existe un primo \(q\) tal que \(n^p-p\) no es divisible por \(q\) para ningún entero positivo \(n\).
IMO 2003
6 道题及完整解答 · 官方试卷 (PDF)
问题 1
设 \(S\) 为集合 \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\)。证明:对于 \(S\) 的任意一个含有 \(101\) 个元素的子集 \(A\),都能在 \(S\) 中找到 \(100\) 个互不相同的元素 \(x_i\),使得集合 \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) 两两不交。
问题 2
求所有正整数对 \((m,n)\),使得 \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) 为正整数。
问题 3
一个凸六边形具有如下性质:任意一对对边的中点之间的距离,等于这两条边的长度之和的 \(\sqrt{3}/2\) 倍。证明这个六边形的所有内角都相等。
问题 4
四边形 \(ABCD\) 内接于一个圆。从 \(D\) 向直线 \(AB,BC,CA\) 所作垂线的垂足分别为 \(P,Q,R\)。证明:角 \(ABC\) 与角 \(CDA\) 的角平分线相交于直线 \(AC\) 上的点,当且仅当 \(RP=RQ\)。
问题 5
给定 \(n>2\) 及实数 \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\),证明 \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] 并证明等号成立当且仅当该数列为等差数列。
问题 6
证明:对每个素数 \(p\),都存在一个素数 \(q\),使得对任意正整数 \(n\),\(n^p-p\) 都不能被 \(q\) 整除。
IMO 2003
6 задач с полными решениями · Официальный текст задач (PDF)
Задача 1
Пусть \(S\) — множество \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\). Докажите, что для любого подмножества \(A\) множества \(S\), содержащего \(101\) элемент, можно найти \(100\) различных элементов \(x_i\) множества \(S\) таких, что множества \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) попарно не пересекаются.
Задача 2
Найдите все пары \((m,n)\) положительных целых чисел, для которых \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) является положительным целым числом.
Задача 3
Выпуклый шестиугольник обладает следующим свойством: для любой пары противоположных сторон расстояние между их серединами равно произведению \(\sqrt{3}/2\) на сумму их длин. Докажите, что все углы этого шестиугольника равны.
Задача 4
Четырёхугольник \(ABCD\) вписан в окружность. Основания перпендикуляров, опущенных из \(D\) на прямые \(AB,BC,CA\), обозначены соответственно через \(P,Q,R\). Докажите, что биссектрисы углов \(ABC\) и \(CDA\) пересекаются на прямой \(AC\) тогда и только тогда, когда \(RP=RQ\).
Задача 5
Даны \(n>2\) и действительные числа \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\). Докажите, что \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] Докажите, что равенство достигается тогда и только тогда, когда последовательность является арифметической прогрессией.
Задача 6
Докажите, что для каждого простого числа \(p\) существует простое число \(q\) такое, что \(n^p-p\) не делится на \(q\) ни при каком положительном целом \(n\).
IMO 2003
6 مسائل مع حلول كاملة · ورقة المسائل الرسمية (PDF)
المسألة 1
لتكن \(S\) المجموعة \(\{1,2,3,\ldots,1000000\}\). أثبت أنه لأي مجموعة جزئية \(A\) من \(S\) تحتوي على \(101\) عنصرًا، يمكن إيجاد \(100\) عنصر مختلف \(x_i\) من \(S\)، بحيث تكون المجموعات \(\{a+x_i\mid a\in A\}\) متباينة اثنتين اثنتين.
المسألة 2
أوجد جميع أزواج الأعداد الصحيحة الموجبة \((m,n)\) التي يكون فيها \(\frac{m^2}{2mn^2-n^3+1}\) عددًا صحيحًا موجبًا.
المسألة 3
لسداسي محدب الخاصية الآتية: لكل زوج من الأضلاع المتقابلة، تساوي المسافة بين منتصفيهما \(\sqrt{3}/2\) مضروبًا في مجموع طوليهما. أثبت أن جميع زوايا السداسي متساوية.
المسألة 4
الرباعي \(ABCD\) دائري. مساقط النقطة \(D\) العمودية على المستقيمات \(AB,BC,CA\) هي \(P,Q,R\) على الترتيب. أثبت أن منصفي الزاويتين \(ABC\) و\(CDA\) يلتقيان على المستقيم \(AC\) إذا وفقط إذا كان \(RP=RQ\).
المسألة 5
ليكن \(n>2\)، ولتكن \(x_1\le x_2\le\cdots\le x_n\) أعدادًا حقيقية. أثبت أن \[ \left(\sum_{i,j}|x_i-x_j|\right)^2 \le \frac{2}{3}(n^2-1)\sum_{i,j}(x_i-x_j)^2. \] أثبت أن المساواة تتحقق إذا وفقط إذا كانت المتتالية حسابية.
المسألة 6
أثبت أنه لكل عدد أولي \(p\)، يوجد عدد أولي \(q\) بحيث لا يقبل \(n^p-p\) القسمة على \(q\) لأي عدد صحيح موجب \(n\).