Maths Olympiad Prep

Library / Russia — Regional Round /5 of 34

Russia — Regional Round

Algebra Difficulty 5.0 AIME Prove it Russia

Nonzero real numbers aa, bb, and cc are chosen so that ax2+bx+c>cxa x^2 + b x + c > c x for each real xx. Prove that cx2−bx+a>cx−bc x^2 - b x + a > c x - b for each real xx. (M. Murashkin)

Ненулевые числа aa, bb, cc таковы, что ax2+bx+c>cxa x^2 + b x + c > c x при любом xx. Докажите, что cx2−bx+a>cx−bc x^2 - b x + a > c x - b при любом xx. (М. Мурашкин)

Solution

Так как для всех xx верно неравенство P(x)=ax2+(b−c)x+c>0P(x) = a x^2 + (b - c) x + c > 0, то дискриминант трёхчлена P(x)P(x) отрицателен: D=(b−c)2−4ac=b2+c2−2bc−4ac<0D = (b - c)^2 - 4 a c = b^2 + c^2 - 2 b c - 4 a c < 0. Кроме того, c=P(0)>0c = P(0) > 0. Значит, у трехчлена Q(x)=cx2−(b+c)x+(a+b)Q(x) = c x^2 - (b + c) x + (a + b) положителен старший коэффициент, а его дискриминант D′=(b+c)2−4c(a+b)=b2+c2+2bc−4ac−4bc=DD' = (b + c)^2 - 4 c (a + b) = b^2 + c^2 + 2 b c - 4 a c - 4 b c = D отрицателен. Это значит, что Q(x)>0Q(x) > 0 при всех действительных xx, что и требовалось доказать.

Замечание. Другое решение можно получить, заметив, что
Q(x)=(1−x)2P(11−x).Q(x) = (1 - x)^2 P\left(\frac{1}{1 - x}\right).

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,604 problems in a working order, from Junior Challenge level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.