Maths Olympiad Prep

Library / /9 of 46

Algebra Difficulty 5.4 AIME, harder Prove it Russia

Real numbers aa, bb and cc satisfy the conditions
(a+b)(b+c)(c+a)=abc,(a3+b3)(b3+c3)(c3+a3)=a3b3c3. (a + b)(b + c)(c + a) = abc, \\ (a^3 + b^3)(b^3 + c^3)(c^3 + a^3) = a^3b^3c^3.
Prove that abc=0abc = 0.

Solution

Заметим сначала, что для любых различных чисел xx и yy выполняется неравенство
x2xy+y2>xy(1) x^2 - xy + y^2 > |xy| \quad (1)
В самом деле, если xy=xy|xy| = xy, то неравенство (1) равносильно неравенству (xy)2>0(x - y)^2 > 0, которое верно; если же xy=xy|xy| = -xy, то (1) равносильно неравенству x2+y2>0x^2 + y^2 > 0.

Предположим, что abc0abc \neq 0. Тогда, разделив второе равенство на первое, мы получаем
(a2ab+b2)(b2bc+c2)(c2ca+a2)=a2b2c2=abbcac.(a^2 - ab + b^2)(b^2 - bc + c^2)(c^2 - ca + a^2) = a^2b^2c^2 = |ab| \cdot |bc| \cdot |ac|.
Однако все скобки слева и все сомножители справа положительны; при этом каждый сомножитель слева не меньше соответствующего сомножителя справа. Тогда равенство может достигаться лишь тогда, когда все эти три неравенства обращаются в равенства, т. е. когда a=b=ca = b = c. В этом случае первое равенство из условия принимает вид 8a3=a38a^3 = a^3, что невозможно при a0a \neq 0. Значит, наше предположение неверно, и abc=0abc = 0.

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.