Determine if there exists a triangle whose side lengths x,y,z satisfy x3+y3+z3=(x+y)(y+z)(z+x).
Существует ли треугольник, длины сторон которого x,y,z удовлетворяют равенству x3+y3+z3=(x+y)(y+z)(z+x)?
Solution
No, such a triangle does not exist.
Let us consider the expression: (x+y)(x+z)(y+z)=x2(y+z)+y2(x+z)+z2(x+y)+2xyz By the triangle inequality, x,y,z are positive and the sum of any two is greater than the third. Therefore, x2(y+z)+y2(x+z)+z2(x+y)+2xyz>x3+y3+z3 since x2(y+z)>x3, y2(x+z)>y3, z2(x+y)>z3, and 2xyz>0.
Thus, (x+y)(x+z)(y+z)>x3+y3+z3 for any positive x,y,z satisfying the triangle inequalities. Therefore, there does not exist a triangle with such side lengths.
Solution:
Нет, не существует такого треугольника.
Первое решение. Пусть такой треугольник существует. Можно считать, что x≥y≥z. Тогда по неравенству треугольника y+z>x, откуда (x+y)(x+z)(y+z)>(x+y)(x+z)x=x3+x2y+x2z+xyz>x3+x2y+x2z≥x3+y3+z3.
Второе решение. Пусть такой треугольник существует. Отметим точки касания его сторон с вписанной окружностью. Пусть отрезки касательных от вершин до этих точек касания равны a,b и c, тогда x=b+c, y=a+c, z=a+b. Имеем (x+y)(y+z)(z+x)=(a+2b+c)(a+b+2c)(2a+b+c)=2(a3+b3+c3)+7(a2b+ab2+a2c+ac2+b2c+bc2)+16abc и x3+y3+z3=(a+b)3+(b+c)3+(c+a)3=2(a3+b3+c3)+3(a2b+ab2+a2c+ac2+b2c+bc2).
Значит, разность (x+y)(y+z)(z+x)−x3−y3−z3 после подстановки и приведения подобных слагаемых приобретает вид 4(a2b+ab2+a2c+ac2+b2c+bc2)+16abc, что, очевидно, больше 0. Противоречие.
Замечание. Существуют три положительных числа x,y,z такие, что равенство из условия выполнено — например, 1,1,1+5. Таким образом, условие, что x,y,z являются длинами сторон треугольника, существенно.
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.