Maths Olympiad Prep

Library / /5 of 44

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 cx2bx+a>cxbc 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 cx2bx+a>cxbc x^2 - b x + a > c x - b при любом xx. (М. Мурашкин)

Solution

Так как для всех xx верно неравенство P(x)=ax2+(bc)x+c>0P(x) = a x^2 + (b - c) x + c > 0, то дискриминант трёхчлена P(x)P(x) отрицателен: D=(bc)24ac=b2+c22bc4ac<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)24c(a+b)=b2+c2+2bc4ac4bc=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)=(1x)2P(11x).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 2,000 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.