Maths Olympiad Prep

Library / /10 of 17

Algebra Difficulty 5.4 AIME, harder Prove it Ukraine

Let α,β,γ[0;π2]\alpha, \beta, \gamma \in [0; \frac{\pi}{2}] satisfy the conditions
sinα+sinβ+sinγ=1,sinαcos2α+sinβcos2β+sinγcos2γ=1. \sin \alpha + \sin \beta + \sin \gamma = 1, \sin \alpha \cos 2\alpha + \sin \beta \cos 2\beta + \sin \gamma \cos 2\gamma = -1.
Find all the possible values of the expression sin2α+sin2β+sin2γ\sin^2 \alpha + \sin^2 \beta + \sin^2 \gamma.

Solution

З умови задачі випливають рівності
sinα2sin3α+sinβ2sin3β+sinγ2sin3γ=1,sin3α+sin3β+sin3γ=1. \sin \alpha - 2\sin^3 \alpha + \sin \beta - 2\sin^3 \beta + \sin \gamma - 2\sin^3 \gamma = -1, \\ \sin^3 \alpha + \sin^3 \beta + \sin^3 \gamma = 1.
Оскільки для φ[0;π2]\varphi \in [0; \frac{\pi}{2}] справджуються нерівності sin3φsin2φsinφ\sin^3 \varphi \le \sin^2 \varphi \le \sin \varphi, то
1=sin3α+sin3β+sin3γsin2α+sin2β+sin2γsinα+sinβ+sinγ=1. 1 = \sin^3 \alpha + \sin^3 \beta + \sin^3 \gamma \le \sin^2 \alpha + \sin^2 \beta + \sin^2 \gamma \le \sin \alpha + \sin \beta + \sin \gamma = 1.
Залишається зауважити, що, наприклад, при α=β=0\alpha = \beta = 0, γ=π2\gamma = \frac{\pi}{2} маємо рівність
sin2α+sin2β+sin2γ=1. \sin^2 \alpha + \sin^2 \beta + \sin^2 \gamma = 1.

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 reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.