Математика · 9 класс · Физтех 2024/25 · первый тур

Задача 6. Три равные дроби

Условие

Ненулевые числа aa, bb, cc таковы, что ab+c−5a=ba+c−5b=ca+b−5c\dfrac{a}{b + c - 5a} = \dfrac{b}{a + c - 5b} = \dfrac{c}{a + b - 5c}. Какое наименьшее значение может принимать выражение 2ba+2ca+5ab+5cb\dfrac{2b}{a} + \dfrac{2c}{a} + \dfrac{5a}{b} + \dfrac{5c}{b}?

О задаче · 9 класс
Олимпиада
Физтех (МФТИ)
Этап
Отборочный этап, первый тур (1 попытка)
Предмет / класс
Математика · 9 класс
Сезон
2024/25

Какие тройки aa, bb, cc вообще удовлетворяют условию? Попробуй приравнять две дроби и разложить на множители. В модели подбирай тройки, для которых дроби равны. Ниже можно сверить ответ — наименьшее значение.

Записать идею

Личный черновик для заметок и расчётов. Он никуда не отправляется и не проверяется.

Исследуй задачу

Самостоятельное исследованиеИщем подходящие тройки

Пробуй свои варианты. Разбор останется закрытым.

Исследуй задачу

Ищем подходящие тройки

Какие тройки a, b, c удовлетворяют условию и что тогда получается в выражении?

Если модель не открылась (выключен JavaScript или страница загрузилась не полностью), условие, подсказки и разбор доступны и без неё.

Подсказка для решения без модели

Если модель не открылась, попробуй так. Подставь a = b = c = 1, затем a = 1, b = 2, c = −3. Равны ли дроби? Чему равно выражение в каждом случае? Есть ли тройки другого вида?

Подсказка 1

Перемножь крест-накрест первое равенство: a(a+c−5b)=b(b+c−5a)a(a + c - 5b) = b(b + c - 5a). После раскрытия скобок слагаемые −5ab-5ab сократятся. Разложи на множители то, что останется.

Подсказка 2

Получится (a−b)(a+b+c)=0(a - b)(a + b + c) = 0, и так же (b−c)(a+b+c)=0(b - c)(a + b + c) = 0. Значит, либо a+b+c=0a + b + c = 0, либо a=b=ca = b = c. В каждом случае выражение принимает одно значение.

Разобрать решение по шагам
1

Из условия следует (a − b)(a + b + c) = 0

Знаменатели не равны нулю (иначе дроби не определены). Из равенства первых двух дробей

a(a+c−5b)=b(b+c−5a)  ⟺  a2+ac−5ab=b2+bc−5ab  ⟺  a2−b2+c(a−b)=0,a(a + c - 5b) = b(b + c - 5a) \iff a^2 + ac - 5ab = b^2 + bc - 5ab \iff a^2 - b^2 + c(a - b) = 0,

то есть (a−b)(a+b+c)=0(a - b)(a + b + c) = 0. Точно так же из равенства второй и третьей дробей (b−c)(a+b+c)=0(b - c)(a + b + c) = 0.

2

Два случая

Если a+b+c≠0a + b + c \ne 0, то a=ba = b и b=cb = c, то есть a=b=ca = b = c. Иначе a+b+c=0a + b + c = 0.

Оба случая действительно возможны. При a=b=c=t≠0a = b = c = t \ne 0 каждая дробь равна t−3t=−13\dfrac{t}{-3t} = -\dfrac13. При a+b+c=0a + b + c = 0 получаем b+c=−ab + c = -a, и каждая дробь равна a−a−5a=−16\dfrac{a}{-a - 5a} = -\dfrac16 (например, a=1a = 1, b=2b = 2, c=−3c = -3: знаменатели −6-6, −12-12, 1818 не нули).

3

Значение выражения в каждом случае

Запишем выражение как 2(b+c)a+5(a+c)b\dfrac{2(b + c)}{a} + \dfrac{5(a + c)}{b}.

При a=b=ca = b = c:   2⋅2+5⋅2=14\;2 \cdot 2 + 5 \cdot 2 = 14.

При a+b+c=0a + b + c = 0: b+c=−ab + c = -a, a+c=−ba + c = -b, поэтому выражение равно 2⋅(−1)+5⋅(−1)=−72 \cdot (-1) + 5 \cdot (-1) = -7.

Других значений нет, наименьшее из двух — −7-7.

Проверка

Полный перебор a,b,ca, b, c от −6-6 до 66 с шагом 0,50{,}5 находит только тройки с a=b=ca = b = c или a+b+c=0a + b + c = 0, и выражение на них принимает ровно два значения — это проверяет тест модели для всех четырёх версий. В других версиях спрашивают о других выражениях: 3ba+3ca+7ac+7bc\tfrac{3b}{a} + \tfrac{3c}{a} + \tfrac{7a}{c} + \tfrac{7b}{c} — значения 2020 и −10-10, ответ −10-10; 7ba+7ca−2ab−2cb\tfrac{7b}{a} + \tfrac{7c}{a} - \tfrac{2a}{b} - \tfrac{2c}{b} — 1010 и −5-5, ответ −5-5; 5ba+5ca−3ac−3bc\tfrac{5b}{a} + \tfrac{5c}{a} - \tfrac{3a}{c} - \tfrac{3b}{c} — 44 и −2-2, ответ −2-2.

Ответ

−7-7.

Ответ

−7-7.

Главная идея

Равенство дробей разлагается на множители: (a − b)(a + b + c) = 0; остаются два случая — a = b = c или a + b + c = 0, — и в каждом выражение равно одному числу.

Цепочка равных дробей с одинаковой структурой знаменателей — перемножить крест-накрест и искать множитель a + b + c.

Где легко ошибиться

Рассмотреть только случай a = b = c (ответ 14); воспользоваться свойством пропорции «сумма числителей к сумме знаменателей», не заметив, что сумма знаменателей может быть нулём.

Источник и авторство

Олимпиада «Физтех» · математика · 9 класс · 2024/25 · отборочный этап, первый тур (1 попытка). Задача 6, версия с ID 3556 — первая в официальном файле; другие версии этого номера (ID 3560, 3558, 3557) можно выбрать в модели.

Официальные условия (PDF организатора, стр. 5) ↗ · Ответы и решения организатора ↗ · Архив заданий олимпиады ↗

Условие — из официального файла организатора. Подсказки, решение и модель — Popov Academy. Авторское решение записано до знакомства с решениями организатора; затем ответ совпадает с ответом организатора («Решения М9 1 попытка 2024», стр. 6 ↗: ID 3556: −7; ID 3560: −10; ID 3558: −5; ID 3557: −2.). Сверены все четыре официальные версии этого номера.

Продолжить тему: Преобразования выражений →
Увеличенный рисунок