Maths Olympiad Prep

Library / /12 of 46

Algebra Difficulty 5.7 AIME, harder Prove it Russia

A quadratic trinomial f(x)f(x) is chosen so that the equation
(f(x))3f(x)=0(f(x))^3 - f(x) = 0
has exactly 33 real roots. Find the yy-coordinate of the vertex of the graph of f(x)f(x).

Solution

Ответ. 00.

Так как g(x)=(f(x))3f(x)=f(x)(f(x)1)(f(x)+1)g(x) = (f(x))^3 - f(x) = f(x)(f(x) - 1)(f(x) + 1),
то корнями многочлена g(x)g(x) являются корни трехчленов f(x)f(x),
f(x)1f(x) - 1 и f(x)+1f(x) + 1. Ясно, что любое число может быть корнем
только одного из них.

Пусть y0y_0 — искомая ордината вершины. Предположим, что
y00y_0 \neq 0. Будем считать, что старший коэффициент в f(x)f(x) положителен (иначе заменим f(x)f(x) на f(x)-f(x), при этом y0y_0 заменится
на y0-y_0). Предположим, что y0>0y_0 > 0; тогда f(x)>0f(x) > 0 и f(x)+1>0f(x) + 1 > 0 при всех xx, значит, корни многочлена g(x)g(x) являются корнями f(x)1f(x) - 1, а их не больше двух. Если же y0<0y_0 < 0, то трехчлены f(x)f(x) и f(x)1f(x) - 1 имеют по два корня, значит, g(x)g(x) имеет хотя бы 44 корня. Оба случая невозможны; значит, y0=0y_0 = 0.

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.