Maths Olympiad Prep

Library / /2 of 7

Algebra Difficulty 5.0 AIME, harder Prove it Russia

Prove or disprove that for every integer n2009n \ge 2009 one can choose two distinct pairs of fractions from the sequence 1n,2n1,3n2,,n12,1n\frac{1}{n}, \frac{2}{n-1}, \frac{3}{n-2}, \dots, \frac{n-1}{2}, \frac{1}{n} so that the sums of fractions in pairs are equal. (A. Shapovalov, K. Knop)

Solution

Каждая из данных дробей имеет вид n+1aa=n+1a1\frac{n+1-a}{a} = \frac{n+1}{a} - 1, где 1an1 \le a \le n. Стало быть, нам требуется найти такие различные натуральные числа a,b,ca, b, c и dd, не большие 2009, для которых (n+1a1)+(n+1b1)=(n+1c1)+(n+1d1)(\frac{n+1}{a} - 1) + (\frac{n+1}{b} - 1) = (\frac{n+1}{c} - 1) + (\frac{n+1}{d} - 1), что равносильно 1a+1b=1c+1d\frac{1}{a} + \frac{1}{b} = \frac{1}{c} + \frac{1}{d}.
Осталось подобрать дроби, удовлетворяющие этому равенству. Это можно сделать, взяв любое равенство двух сумм различных натуральных слагаемых, НОК которых не больше 2009, и поделив его на этот НОК. Например, равенство 1+4=2+31+4=2+3, поделенное на 12, даёт 112+13=16+14\frac{1}{12} + \frac{1}{3} = \frac{1}{6} + \frac{1}{4}.

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.