Maths Olympiad Prep

Library / /41 of 46

Combinatorics Difficulty 7.5 National olympiad, round 2 Prove it Russia

Konstantin had two sets of 17 coins: the first set consists of 17 genuine coins, while the second set consists of 12 genuine and 5 false coins. (All the coins look equally; the genuine coins have equal weights, and the false coins have equal weights different from the weight of genuine ones; but it is not known if the weight of a true coin is greater or less than the weight of a false coin.) Konstantin gave one of these sets of coins to his friend, but he forgot if the remaining set contains false coins. Determine if Konstantin can find it out using two weighings on a balance. (K. Knop)

Solution

Назовем набор из 17 настоящих монет хорошим, а набор из 12 настоящих и 5 фальшивых монет — плохим. Опишем возможные действия Кости.

Разобьем 17 монет из оставшегося у него набора на четыре группы A,B,C,DA, B, C, D, содержащие 2, 3, 5, и 7 монет соответственно. При первом взвешивании на одну чашу весов положим группы AA и BB, а на другую — CC. При втором взвешивании на одну чашу весов положим группы AA и CC, а на другую — DD.

Если в одном из взвешиваний весы не показали равновесие, то оставшийся у Кости набор плохой. Покажем, что если весы в обоих случаях показали равновесие, то оставшийся у Кости набор хороший.

Пусть это не так, и количества фальшивых монет в группах A,B,C,DA, B, C, D равны соответственно a,b,c,da, b, c, d. Тогда a+b+c+d=5a + b + c + d = 5. Из равновесия при двух взвешиваниях следует a+b=ca + b = c и a+c=da + c = d, откуда 5=a+b+c+d=a+b+(a+b)+(2a+b)=4a+3b5 = a + b + c + d = a + b + (a + b) + (2a + b) = 4a + 3b.

В случаях a=0a = 0 или b=0b = 0 получаем соответственно b=53b = \frac{5}{3} или a=54a = \frac{5}{4}, что невозможно. Если же a1a \ge 1 и b1b \ge 1, то 4a+3b7>54a + 3b \ge 7 > 5. Противоречие.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.