{"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "1", "problem_type": null, "exam": "Dutch_TST", "problem": "a) Als $c\\left(a^{3}+b^{3}\\right)=a\\left(b^{3}+c^{3}\\right)=b\\left(c^{3}+a^{3}\\right)$ voor positieve reële getallen $a, b, c$, geldt dan noodzakelijk $a=b=c$ ?\nb) Als $a\\left(a^{3}+b^{3}\\right)=b\\left(b^{3}+c^{3}\\right)=c\\left(c^{3}+a^{3}\\right)$ voor positieve reële getallen $a, b, c$, geldt dan noodzakelijk $a=b=c$ ?", "solution": "a) We beweren dat $(a, b, c)=(2,2,-1+\\sqrt{5})$ aan de gegeven gelijkheden voldoet. In dit drietal zijn alle getallen positief reëel en ze zijn niet allemaal gelijk, dus het antwoord op de vraag is dan nee.\nWe berekenen $c^{3}=(-1+\\sqrt{5})^{3}=-1+3 \\cdot \\sqrt{5}-3 \\cdot 5+5 \\sqrt{5}=-16+8 \\sqrt{5}$. Nu geldt $c\\left(a^{3}+b^{3}\\right)=(-1+\\sqrt{5}) \\cdot 2 \\cdot 8=-16+16 \\sqrt{5}$ en $a\\left(b^{3}+c^{3}\\right)=b\\left(c^{3}+a^{3}\\right)=$ $2 \\cdot(-16+8 \\sqrt{5}+8)=-16+16 \\sqrt{5}$. De gegeven gelijkheden gelden dus inderdaad.\nHier een mogelijke aanpak om dit drietal te vinden. Neem zonder verlies van algemeenheid aan dat $c \\leq a, b$. Herschrijf $a\\left(b^{3}+c^{3}\\right)=b\\left(c^{3}+a^{3}\\right)$ tot $a b\\left(b^{2}-a^{2}\\right)=c^{3}(b-a)$. Als $a \\neq b$ kunnen we delen door $b-a$ en volgt $a b(a+b)=c^{3}$. Maar $c \\leq a, b$ en alles is positief, dus $c^{3}<2 c^{3} \\leq a^{2} b+a b^{2}=a b(a+b)$, tegenspraak. Er moet dus wel gelden $a=b$. Nu kunnen we $c\\left(a^{3}+b^{3}\\right)=a\\left(b^{3}+c^{3}\\right)$ herschrijven tot $a^{3} c-a c^{3}=a^{4}-a^{3} c$ en dan verder tot ac $\\left(a^{2}-c^{2}\\right)=a^{3}(a-c)$. Nu geldt $a=c$ (en dus $a=b=c$ ) of $a c(a+c)=a^{3}$. Dit tweede is een kwadratische vergelijking in $c$. Dit oplossen geeft dat $c=\\left(-\\frac{1}{2}+\\frac{1}{2} \\sqrt{5}\\right) a$. Zo vinden we oneindig veel drietallen die voldoen.\nb) We gaan bewijzen dat altijd moet gelden dat $a=b=c$. Neem zonder verlies van algemeenheid aan dat $c \\leq a, b$. Nu zijn er twee gevallen (want de gegeven gelijkheden zijn slechts cyclisch en niet symmetrisch).\nStel eerst dat $a \\geq b \\geq c$. Dan geldt\n\n$$\na\\left(a^{3}+b^{3}\\right) \\geq c\\left(a^{3}+b^{3}\\right) \\geq c\\left(a^{3}+c^{3}\\right)=a\\left(a^{3}+b^{3}\\right)\n$$\n\ndus er moet steeds gelijkheid gelden. Omdat alles positief is, volgt daaruit $a=c$ bij de eerste ongelijkheid en $b=c$ bij de tweede. Dus $a=b=c$.\n\nStel nu dat $b \\geq a \\geq c$. Dan geldt\n\n$$\nb\\left(b^{3}+c^{3}\\right) \\geq c\\left(b^{3}+c^{3}\\right) \\geq c\\left(a^{3}+c^{3}\\right)=b\\left(b^{3}+c^{3}\\right)\n$$\n\ndus ook hier moet steeds gelijkheid gelden. We vinden nu $b=c$ bij de eerste ongelijkheid en $b=a$ bij de tweede, dus $a=b=c$.\n\nOplossing II voor b). Neem zonder verlies van algemeenheid aan dat $a \\geq b, c$. Dan geldt\n\n$$\na\\left(a^{3}+b^{3}\\right) \\geq b\\left(a^{3}+b^{3}\\right) \\geq b\\left(c^{3}+b^{3}\\right)=a\\left(a^{3}+b^{3}\\right)\n$$\n\ndus er moet steeds gelijkheid gelden. Omdat alles positief is, volgt daaruit $a=b$ bij de eerste ongelijkheid en $a=c$ bij de tweede. Dus $a=b=c$.", "metadata": {"resource_path": "Dutch_TST/segmented/nl-2018-D_uitwerkingen.jsonl", "problem_match": "# Opgave 1.", "solution_match": "# Oplossing I."}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "2", "problem_type": null, "exam": "Dutch_TST", "problem": "Vind alle positieve gehele getallen $n$ waarvoor er een positief geheel getal $k$ bestaat zodat voor iedere positieve deler $d$ van $n$ geldt dat ook $d-k$ een (niet noodzakelijk positieve) deler van $n$ is.", "solution": "Als $n=1$ of $n$ is een priemgetal, dan zijn de enige positieve delers van $n$ gelijk aan 1 en $n$ (die samenvallen in het geval $n=1$ ). Neem nu $k=n+1$, dan moeten $1-(n+1)=-n$ en $n-(n+1)=-1$ ook delers zijn van $n$. Dat klopt precies. Dus $n=1$ en $n$ is priem voldoen met $k=n+1$. Als $n=4$, zijn de positieve delers 1,2 en 4 . We kiezen $k=3$, waardoor $-2,-1$ en 1 delers van 4 moeten zijn en dat klopt. Dus $n=4$ voldoet met $k=3$. Als $n=6$, dan zijn de positieve delers $1,2,3$ en 6 . We kiezen $k=4$, waardoor $-3,-2,-1$ en 2 ook delers van 6 moeten zijn en dat klopt. Dus $n=6$ voldoet met $k=4$. Al met al weten we nu dat $n \\leq 6$ en alle priemgetallen $n$ voldoen.\nStel nu dat $n>6$ en $n$ is niet priem. Neem aan dat $n$ voldoet. Omdat $n$ een positieve deler is van $n$, is $n-k$ ook een deler van $n$. De grootste deler kleiner dan $n$ is hoogstens $\\frac{1}{2} n$, dus $n-k \\leq \\frac{1}{2} n$, dus $k \\geq \\frac{1}{2} n$. Verder is 1 een positieve deler van $n$, dus is $1-k$ een deler van $n$. We weten nu $1-k \\leq 1-\\frac{1}{2} n$. Aangezien $n>6$, is $\\frac{1}{6} n>1$, dus $\\frac{1}{2} n-\\frac{1}{3} n>1$, dus $-\\frac{1}{3} n>1-\\frac{1}{2} n$. De enige delers die hoogstens $1-\\frac{1}{2} n$ zijn, zijn dus $-n$ en (als $n$ even is) $-\\frac{1}{2} n$. We concluderen dat $1-k=-n$ of $1-k=-\\frac{1}{2} n$.\nIn het laatste geval geldt $k=\\frac{1}{2} n+1$, dus $n-k=\\frac{1}{2} n-1$. Echter, analoog aan het voorgaande is er voor $n>6$ geen deler gelijk aan $\\frac{1}{2} n-1$ (want na $\\frac{1}{2} n$ is de volgende mogelijke deler $\\frac{1}{3} n$ en die is al kleiner dan $\\frac{1}{2} n-1$ ). Tegenspraak, want $n-k$ moet een deler van $n$ zijn.\nWe houden het geval $1-k=-n$ over. Dus $k=n+1$. Omdat $n$ niet priem is, is er een deler $d$ met $16$ en $n$ niet priem niet voldoen, dus de enige oplossingen zijn alle $n$ met $n \\leq 6$ en alle $n$ die priem zijn.", "metadata": {"resource_path": "Dutch_TST/segmented/nl-2018-D_uitwerkingen.jsonl", "problem_match": "\nOpgave 2.", "solution_match": "\nOplossing I."}} {"year": "2018", "tier": "T1", "problem_label": "2", "problem_type": null, "exam": "Dutch_TST", "problem": "Vind alle positieve gehele getallen $n$ waarvoor er een positief geheel getal $k$ bestaat zodat voor iedere positieve deler $d$ van $n$ geldt dat ook $d-k$ een (niet noodzakelijk positieve) deler van $n$ is.", "solution": "Bekijk een $n \\geq 2$ die voldoet. Omdat 1 een positieve deler van $n$ is, is $1-k$ een deler van $n$. Dit moet een negatieve deler zijn, aangezien $k$ positief geheel is. Als we deze deler als $-d$ schrijven met $d$ een positieve deler van $n$, geldt $1-k=-d$, dus $d+1=k$. Omdat $n$ een positieve deler van $n$ is, is ook $n-k=n-d-1$ een deler van $n$. Merk op dat $\\operatorname{ggd}(d, n-d-1)=\\operatorname{ggd}(d,-1)=1$ omdat $d \\mid n$. Dit betekent dat $d(n-d-1)$ ook een deler van $n$ is. Er geldt dan $d(n-d-1) \\leq n$.\nStel $d=n$. Bekijk de kleinste priemdeler $p$ van $n$ en schrijf $n=p m$ met $m$ positief geheel. Er geldt nu dat $m$ de grootste deler van $n$ is die kleiner is dan $n$, en verder is $p-k=p-d-1=p-n-1$ een deler van $n$. Maar $p-n-1>-n$ en $p-n-1=$ $p-p m-1=p(1-m)-1 \\leq 2(1-m)-1=-2 m+1 \\leq-m$. Er zijn echter geen delers tussen $-n$ en $-m$, dus moet in de laatste ongelijkheid wel gelijkheid gelden. Dat kan alleen als $m=1$ en dat betekent dat $n$ priem is.\n\nStel nu $d