Maths Olympiad Prep

Library / /33 of 44

Algebra Difficulty 6.6 National olympiad Prove it Russia

Let f(x)=bx2+cx+af(x) = bx^2 + cx + a, g(x)=cx2+ax+bg(x) = cx^2 + ax + b, where a,b,ca, b, c are integers. Given that f(1234)=g(1234)f(1234) = g(1234), determine whether the equality f(1)=2009f(1) = 2009 can hold.

Целые числа a,b,ca, b, c таковы, что значения квадратных трёхчленов bx2+cx+abx^2 + cx + a и cx2+ax+bcx^2 + ax + b при x=1234x = 1234 совпадают. Может ли первый трёхчлен при x=1x = 1 принимать значение 2009?

Solution

Первое решение. Подставляя x=1234x = 1234 в оба трёхчлена и приравнивая их, получаем 12342b+1234c+a=12342c+1234a+b1234^2 \cdot b + 1234 \cdot c + a = 1234^2 \cdot c + 1234 \cdot a + b, или, после переноса всех членов в левую часть, (123421)b+(123412342)c+(11234)a=0(1234^2-1)b+(1234-1234^2)c+(1-1234)a = 0. Разделив последнее равенство на 1233, имеем 1235b1234ca=01235b - 1234c - a = 0, то есть a=1235b1234ca = 1235b - 1234c. Тогда значение первого трёхчлена в точке 1 равно a+b+c=1236b1233c=3(412b411c)a+b+c = 1236b - 1233c = 3(412b - 411c), то есть делится на 3; значит, оно не может равняться 2009.

Второе решение. Рассмотрим многочлен P(x)=(bc)x2+(ca)x+(ab)P(x) = (b-c)x^2 + (c-a)x + (a-b) — его степень не больше 2. По условию, P(1234)=0P(1234) = 0; кроме того, очевидно, P(1)=0P(1) = 0. Значит, если его степень равна 2, то по теореме Безу P(x)=(bc)(x1)(x1234)P(x) = (b-c)(x-1)(x-1234). Если же степень меньше 2, то он может быть только нулевым (поскольку у него есть два корня); тогда a=b=ca = b = c, и всё равно верно равенство P(x)=(bc)(x1)(x1234)P(x) = (b-c)(x-1)(x-1234). Приравнивая свободные члены в равенстве
P(x)=(bc)x2+(ca)x+(ab)=(bc)(x1)(x1234),получаем ab=1234(bc), откуда a=1235b1234c. Дальшерешение можно завершить так же, как и предыдущее. P(x) = (b-c)x^2 + (c-a)x + (a-b) = (b-c)(x-1)(x-1234), \\ \text{получаем } a-b = 1234(b-c), \text{ откуда } a = 1235b - 1234c. \text{ Дальше} \\ \text{решение можно завершить так же, как и предыдущее.}

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.