Flávio Wagner Rodrigues
I
ME-USP

Soluções e Sugestões:
RPM - Problemas
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     Problemas

114. Mostre que qualquer número inteiro é a soma de 5 cubos.
(Do banco de problemas de uma Olimpíada do Cone Sul.)
(V. a seção Livros desta RPM.)

115.  Suponha que as retas mx + ny = 0 ax + by + c =0  não sejam paralelas e considere a parábola (mx + ny)2 = ax + by + c.   Prove que  ax + by + c = 0 é tangente à parábola e que   mx + ny = 0 é paralela ao eixo de simetria dessa parábola.   Descreva, então, um método prático para se determinar o vértice da parábola. (O autor garante que é possível resolver o problema, em duas linhas, sem o uso das fórmulas de rotação.)
(Proposto por Hamilton Guidorizi, SP.)

116.  Dado um retângulo   ABCD, considere   P   um ponto qualquer em um de seus lados.  Mostre que a soma das distâncias de   P às 2 diagonais do retângulo é constante.
(Proposto na I Olimpíada do Cone Sul.)

117.  n   casais (marido e esposa) são agrupados, ao acaso, em grupos de duas pessoas cada um. Qual é a probabilidade de que:

(a) Todos os grupos sejam formados por um marido e sua esposa?
(b) Todos os grupos sejam formados por duas pessoas de sexos diferentes?

 

     ... e probleminhas

0.  Problema ou probleminha? O que pensam os leitores?

Mostre que reduzindo as dimensões de um tijolo, não se pode obter outro que tenha, ao mesmo tempo, a metade do volume e a metade da superfície do primeiro.
(Proposto na I Olimpíada do Cone Sul.)

1. Usando apenas símbolos matemáticos, e sem mudar a posição dos algarismos, torne a igualdade verdadeira:

2        9        6        7     =     17.

2.  Um avô e seu neto aniversariam no mesmo dia.   Em seis aniversários consecutivos, a idade do avô era um múltiplo inteiro da idade do neto.   Que idade tinham os dois no sexto desses aniversários?

3.  e B   são conjuntos.   A   tem   24 subconjuntos a mais do que B.   Quantos elementos tem   A ?

(Publicados em números do The Mathematics Teacher, publicação do National Council of Teachers of  Mathematics, Estados Unidos.)

(Ver respostas no final desta seção)

 

     Soluções dos problemas propostos na RPM 24, 1 semestre, 1993

105. Um professor de Probabilidade propôs a seus alunos o seguinte problema: "São dadas duas moedas, uma perfeita (probabilidade de cara igual a 1/2), e outra com duas caras. Uma moeda é escolhida ao acaso e lançada 3 vezes. Qual é a probabilidade de que sejam obtidas 3 caras?"

Um dos alunos, após efetuar alguns cálculos, concluiu, corretamente, que se fosse efetuado um único lançamento, a probabilidade de se obter uma cara seria igual a 3/4. Como foram efetuados três lançamentos independentes, a resposta seria   (3/4)3 = 27/64.

a)      O que está errado no raciocínio do aluno e qual é a resposta correta do problema?

b)     Você seria capaz de reformular o problema de modo que o raciocínio e a resposta do          aluno ficassem corretas?

Solução:

 

O que há de errado no raciocínio do aluno é supor que a moeda esteja sendo escolhida em cada um dos três lançamentos, quando, na realidade, o problema diz que a escolha é feita uma única vez e a moeda escolhida lançada três vezes.

Para obter a solução correta do problema, vamos chamar de  A  o evento "a moeda escolhida é perfeita" (nesse caso, o complementar de  A, denotado por  Ac, corresponde à escolha da moeda com duas caras), e de  B,  o evento "os três lançamentos resultam em 3 caras". Segue-se do enunciado do problema que:

Supondo que a moeda escolhida seja perfeita, isto é, que sejam realizados três lançamentos independentes com uma moeda cuja probabilidade de cara é 1/2, a probabilidade condicional de   B   será:      P(B/A) = 1/8.

O mesmo raciocínio, aplicado ao caso em que a moeda escolhida tem duas caras, nos dá:      P(B/AC) = 1.

Por outro lado,           P(B) = P(B A) + P(B Ac).

Lembrando a definição de probabilidade condicional, segue-se que:

O enunciado reformulado do problema, para que o raciocínio e a resposta do estudante fiquem correios, é o seguinte:

"São dadas duas moedas, uma perfeita (probabilidade de cara igual a   1/2) e outra com duas caras.   Considere o experimento que consiste em efetuar um lançamento com uma das moedas escolhida ao acaso.  Se esse experimento for realizado três vezes, qual é a probabilidade de que sejam obtidas três caras?"
(Adaptado de soluções enviadas por vários leitores.)

106.  Dado o número real   a 0,    qual é o número mínimo de multiplicações que precisamos realizar para calcularmos  a99?

Solução:

1.ª   parte - Como obter  a99   com oito operações:

1.ª)

a x a = a2

5.ª)

a12 x a12 = a24

2.ª)

a2 x a = a3

6.ª)

a24 x a24 = a48

3.ª)

a3 x a3 = a6

7.ª)

a48 x a48 = a96

4.ª)

a6 x a6 = a12

8.ª)

a96 x a3 = a99.

 Observação - Os responsáveis pela seção Problemas resolveram aceitar como corretas as soluções que mostravam como obter a99 com oito operações. É importante salientar, no entanto, que essas soluções não estão completas, pois os leitores não se preocuparam em mostrar que oito é o número mínimo necessário.

2 parte - Para mostrar que é impossível obter a99 com menos do que oito operações, vamos começar enunciando um fato que pode ser facilmente demonstrado por indução:

 

A maior potência de a que pode ser obtida com   n  operações é a2  . Segue-se, então, que é impossível obter   a99    com menos de sete operações. Para mostrar que oito é o número mínimo, só falta agora mostrar que com sete é impossível.

Para isso, vamos supor que já foram realizadas seis operações e dispomos dos valores:

a,     a2,     a j2,     a j3,     a j4,     a j5,     a j6 ,

onde   a jk   foi obtido na   k-ésima operação.                                    ;

Como 99 é um número ímpar, para obter a99 na sétima operação, precisamos multiplicar dois elementos distintos desse conjunto. Na hipótese mais favorável ao nosso objetivo de obter   a99,   os maiores expoentes serão   j5   e  j6. No entanto, pelo fato enunciado acima,   j5  32 j6 64seguindo-se que j5 + j6 96  o que conclui a demonstração.

107. Prove que num quadrilátero os pontos médios das diagonais e o ponto médio do segmento cujos extremos são os pontos de interseção de dois lados opostos são colineares.

Solução:

Considere o quadrilátero ABCD tal que as retas suporte dos lados AD e BC cortam-se em   e as dos lados   AB  CD  encontram-se em   E.   Chamamos de  N  o ponto médio de   AC  e de   M   o ponto médio de   EF. Queremos mostrar que   H,  a interseção de   MN   com   BD,  é ponto médio de BD.

No caso do quadrilátero convexo, conforme figura (onde as linhas pontilhadas são paralelas a   MN),   basta mostrar que   p = q   ou, equivalentemente, que r = s.

Aplicando o teorema de Menelaus no   AED,  cortado por   BF, temos:


 
Donde concluímos que   r = s.

 

No caso do quadrilátero côncavo, basta aplicar o resultado anterior ao quadrilátero convexo AECF.

E no caso degenerado, quando   B = C.
(Solução enviada, por Carlos Alberto da Silva Victor, RJ.)

108. 17 matemáticos de todo o mundo trocam correspondência sobre 3 temas. Cada dupla de matemáticos se corresponde sobre um e apenas um tema. Mostre que existem pelo menos 3 matemáticos que se correspondem sobre o mesmo tema.

Observação:

Alguns leitores não entenderam corretamente o enunciado desse problema. Esperamos que a solução que apresentamos abaixo, utilizando duas vezes o prin­cípio das casas de pombos (RPM 8, pp.  21 a 26 e pp.  58 e 59 desta revista), contribua para esclarecer as dúvidas que surgiram. Solução:

Vamos observar, inicialmente, que existem 136 duplas que podem ser formadas com 17 matemáticos. Cada dupla discute um e apenas um dos 3 temas. O que o problema pede é que se demonstre que existem pelo menos 3 matemáticos, A, B e C, tais que as duplas AB, AC e BC discutem o mesmo tema. (Sugerimos que o leitor verifique que esse resultado não é necessariamente verdadeiro para um grupo menor, por exemplo, para 4, 5 ou 6 matemáticos.)

Vamos designar os matemáticos por letras maiúsculas do alfabeto e os temas pelos números 1, 2 e 3. Vamos considerar o matemático A que se corresponde com os outros 16 matemáticos. Como os temas são apenas 3 e os matemáticos são 16, pelo princípio das casas de pombos, existe um tema que A discute com pelo menos 6 matemáticos. Sem perda de generalidade, podemos supor que o tema 1 é discutido pelas duplas AB, AC, AD, AE, AF e AG. Se no conjunto {B, C, D, E, F, G} existir uma dupla que se corresponda sobre o tema 1, a demonstração estará concluída. De fato, se, por exemplo, B e G se correspondem sobre o tema 1, os 3 matemáticos A, B e G se correspondem sobre o mesmo tema.

Suponhamos, então, que nenhuma dupla do conjunto {B, C, D, E, F, G} discute o tema 1. Segue-se então que B discute dois temas (2 e 3) com 5 matemáticos e, conseqüentemente (princípio das casas de pombos), discute um desses temas com pelo menos 3 matemáticos. Suponhamos que ò tema 2 seja discutido pelas duplas BC, BD e BE. Se no conjunto {C, D, E} existir uma dupla que discuta o tema 2, a demonstração estará concluída e, em caso contrario, também, pois os três matemáticos C, D e E terão, forçosamente, que discutir entre si o tema 3.

 

Relação dos leitores que enviaram soluções dos problemas 105 a 108 da RPM 24

Antonio Alberto (MG) - 107

João B.P. de Almeida (SP) - 107

Antonio CF. Sampaio (RJ) - 105-6

José Hernandes (SP) - 105-6-7

Carlos A.S. Victor (RJ) - 105-6-7-8

José R.C. Carneiro (SP) - 107

Douglas Rosseto (SP) - 105

M. Ivete C. Rodrigues (SP) - 106

Edson R. Abe (SP) - 105-7-8

Paulo R.M.F. Vianna Jr. (RJ) - 105-8

Eudes V. Chiarelli Fo. (MG) - 107

Rodrigo M. Peixoto (RJ) - 105

Evandro de Freitas (RJ) - 107

Starlynn F. dos Santos (SP) - 105-7-8

F.W. Leão (RJ) - 107

Tsunediro Takahashi (SP) - 106-7

Geraldo Perlino Jr. (SP) - 105-6-7

William Yvan (RJ) - 105-7

Gilson Braviano (MG) - 105-8

 

 

Respostas dos probleminhas (p. 44)

(0)  a > x ;     b > y;     c > z ;     2abc = xyz ;     2ab + 2ac + 2bc = xy + xz + yz.

Observando que z/c, y/b e x/a são menores do que 1, vemos que a igualdade acima é impossível.

1)      2 x 9 + 6 7 = 17        ou        .
(2)      6 e  66.
(3)      5.