Maths Olympiad Prep

Library / /26 of 152

Algebra Difficulty 5.5 AIME, harder Prove it Russia

Does there exist a positive real number aa such that for every real xx the inequality
cosx+cosax>sinx+sinax |\cos x| + |\cos a x| > \sin x + \sin a x
holds?

Solution

Первое решение. Предположим, что 0<a10 < a \le 1. Тогда при x=π/2x = \pi/2 левая часть примет значение cos(aπ/2)|\cos(a\pi/2)|, то есть будет не больше 1, в то время как правая часть будет равна 1+sin(aπ/2)1 + \sin(a\pi/2), то есть она больше 1. Итак, неравенство не выполнено.

Если же a>1a > 1, то, обозначив ax=ta x = t и b=1/ab = 1/a, мы приведём неравенство из условия к виду cosbt+cost>sinbt+sint|\cos b t| + |\cos t| > \sin b t + \sin t, сводя задачу к предыдущему случаю.

Второе решение. Выберем такое xx, что x(a+1)=π/2x(a+1) = \pi/2. Тогда xx и axa x лежат в интервале (0,π/2)(0, \pi/2), поэтому cosx=cosx=sinax|\cos x| = \cos x = \sin a x и cosax=cosax=sinx|\cos a x| = \cos a x = \sin x. Значит, для выбранного xx имеем cosx+cosax=sinax+sinx|\cos x| + |\cos a x| = \sin a x + \sin x.

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.