10. Какова вероятность того, что корни квадратного уравнения x2 + 2bx + c = 0 действительны?

7. По трём прямолинейным дорогам с постоянными скоростями идут три пешехода. В начальный момент времени они не находились на одной прямой. Докажите, что они могут оказаться на одной прямой не более двух раз.

Решение

Поставим каждому из пешеходов в соответствие точку в прямоугольной системе координат. Точки (х₁; у₁), (х₂; у₂), (х₃; у₃) лежат на одной прямой тогда и только тогда, когда

(х₁ – х₃)(у₂ – у₃) = (х₂ – х₃) (у₁ – у₃).

Так как скорости пешеходов постоянны, то х₁(t), у₁(t), х₂ (t), у₂(t), х₃(t) и у₃(t) – линейные функции от времени t и последнее равенство является квадратным уравнением относительно t, которое может иметь не более двух решений t₁ и t₂. Это и есть те два возможных момента времени, когда все три пешехода могут оказаться на одной прямой.

8. На координатной плоскости Oхy нарисован график функции y = x2. Потом оси координат стёрли, осталась только парабола. Как при помощи циркуля и линейки восстановить оси координат и единицу длины?

Решение

Докажем следующую лемму.

Лемма. Пусть M и N – середины двух параллельных хорд параболы. Тогда прямая MN параллельна оси параболы.

Доказательство. Пусть хорды AB и CD параболы лежат на параллельных прямых

y = kx + a и y = kx + b,

тогда абсциссы точек A, B, C, D – это корни уравнений

x² = kx + a и x² = kx + b,

а абсциссы точек M и N – полусуммы корней этих уравнений, то есть по теореме Виета равны k/2. Следовательно, точки M и N лежат на прямой х = k/2, которая параллельна оси Oy. Лемма доказана.

Вернёмся к исходной задаче.

Последовательно осуществляем следующие построения:

1) две параллельные прямые, каждая из которых пересекает параболу в двух точках;

2) прямую через середины получающихся отрезков;

3) перпендикуляр к этой прямой, пересекающий параболу в двух точках А и В;

4) серединный перпендикуляр к отрезку АВ – это ось Оу;

5) ось Ох перпендикулярна Оу в точке пересечения с параболой;

6) единичный отрезок – абсцисса пересечения прямой у = х с параболой.

9. Учитель написал на доске квадратный трехчлен х2 + 10х + 20, после чего по очереди каждый из учеников увеличил или уменьшил на единицу либо коэффициент при х, либо свободный член, но не оба сразу. В результате на доске оказался написан квадратный трехчлен х2 + 20х+10. Верно ли, что в некоторый момент на доске был написан квадратный трехчлен с целыми корнями?

Решение

Первый способ.

Заметим, что при каждом изменении трехчлена его значение в точке х = – 1 изменяется на 1 (в ту или другую сторону). Значение первого трехчлена

f(x) = х² + 10х + 20

в этой точке равно f(–1) = 11, а последнего,

g(x) = х² + 20х+10,

— g(–1) = –9. Поэтому в какой-то промежуточный момент на доске был написан трехчлен

h(х) = х² + pх + q, для которого h(–1)=0. Оба его корня – целые числа: один равен –1, другой по теореме Виета равен –q.

Второй способ.

Каждому квадратному трёхчлену

x²+ bx + c

поставим в соответствие точку координатной плоскости Оbc, где вдоль оси Оb будем откладывать значения второго коэффициента, а вдоль Ос – свободного члена. Многочленам

х² + 10х + 20 и х² + 20х +10

будут соответствовать точки

А(10; 20) и В(20; 10),

соответственно. Предложенные в условии операции предполагают перемещение от точки А к точке В вдоль узлов некоторой ломаной L. Узлы L – некоторые целочисленные точки плоскости Оbc, а длина каждого звена L равна 1 (соседние звенья могут лежать на одной прямой).

Так как точки А и В расположены в разных полуплоскостях относительно прямой

с = b – 1,

то ломаная L одним из своих узлов имеет точку этой прямой. Значит, одним из промежуточных многочленов будет многочлен вида