1988 아일랜드 수학올림피아드

1988년 4월 30일 있었던 시험 문제. 12문제로 한번 시험을 치고, 다시 3문제(B1, B2, B3)로 시험을 쳤음.
(KAIST 수학문제연구회와 xMO 까페의 번역 지원을 받았습니다.)

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정사각형을 밑면으로 갖고 모든 모서리의 길이가 2인 피라미드꼴 입체의 한 옆면을 역시 한 모서리의 길이가 2인 정사면체의 한 면과 맞붙였다. 이렇게 해서 생긴 새로운 입체의 모서리의 길이의 합은 얼마인가?

$P$는 정사각형 $ABCD$의 외접원의 호 $CD$ 위의 점이다. 다음을 증명하여라.\[ PA^2 – PB^2 = PB \cdot PD – PA \cdot PC\]

삼각형 $ABC$의 외접원에서 (점 $A$의 반대쪽에 있는) 호 $BC$의 중점을 $E$라 하고, $DE$를 지름이라 하자. $\angle DEA$의 크기는 $\angle B$와 $\angle C$의 크기의 차의 절반임을 증명하여라.

어떤 수학초보자가 삼각형 $ABC$의 두 변의 길이 $b$, $c$와 그 사잇각 $A$를 주고 남은 변의 길이 $a$를 구하라는 문제를 풀고 있다. 그는 코싸인 법칙 \[ a^2 = b^2 + c^2 – 2bc \cos A\]를 이용하여 풀려고 했는데, 로그 법칙을 잘못 적용하여 다음과 같은 식을 세웠다.\[ \log a^2 = \log b^2 + \log c^2 – \log(2bc \cos A)\] 그가 이 식의 우변을 정확히 계산한 후 로그의 역함수를 취해 풀었더니 우연히 맞는 답이 나왔다. 삼각형 $ABC$는 어떤 삼각형일까?

한 사람이 일곱 명의 친구를 일주일(7일) 동안 매일 세 명씩 저녁식사에 초대한다. 모든 친구가 적어도 한 번은 초대되도록 한다면 가능한 방법은 모두 몇 가지인가?

$n$개의 벽돌이 있는데, 각각의 무게는 $n$보다 작은 자연수이다. 또, 이 벽돌 전체의 무게는 $2n$이다. 이 벽돌들을 각각 무게 $n$이 되는 두 그룹으로 나눌 수 있음을 증명하여라.

실수의 집합 $\mathbb{R}$에서 정의된 함수 $f$에 대해, $f(a+x) = f(x)$ 를 만족하는 실수 $x$가 존재할 때 $f$가 길이 $a\,(>0)$ 의 수평현을 갖는다고 말한다. 삼차 함수\[ f(x) = x^3 – x\]가 길이 $a$의 수평현을 가질 때, 또 그 때만, $0 < a \leq 2$ 임을 보여라.

0이 아닌 실수들의 수열 $x_1, x_2, x_3, \ldots$은 다음의 점화식을 만족한다.\[ x_n = \frac{x_{n-2}x_{n-1}}{2x_{n-2} – x_{n-1}} \qquad (n \geq 3)\] 이 수열의 무한히 많은 항이 정수가 되도록 하는 $(x_1, x_2)$를 모두 구하여라.

1978년은 $19+78 = 97$ 이 되는, 즉 처음 두 자리 수와 마지막 두 자리 수를 합하면 중간의 두 자리 수가 되는 `남다른’ 성질이 있다. 이와 같은 남다른 성질을 갖는 직전의 해와 직후의 해는 각각 몇 년도인가?

임의의 양의 정수 $n$과 임의의 $0 \leq x \leq 1$ 에 대해 다음 부등식이 성립함을 증명하여라.\[ (1+x)^n \geq (1-x)^n + 2nx(1-x^2)^{\frac{n-1}2}\]

나눗셈을 할 수 없는 상황일 때는 종종 $\frac1a$ $(a>0)$ 의 십진전개를 얻기 위해 다음의 식을 반복하는 것이 편할 때가 있다.\[ x_{k+1} = x_k(2 – ax_k), \qquad k = 0, 1, 2, \ldots\] 단, $x_0$은 초기값으로 하나 선택된 것이다. 이 점화식에 의해 수열이 원하는 값 $\frac1a$로 수렴하기 위한 초기값 $x_0$의 조건을 구하여라.

임의의 자연수 $n$에 대해 다음이 성립함을 보여라.\[ \sum_{k=1}^n \cos^4 \frac{k\pi}{2n+1} = \frac{6n-5}{16}\]

평면 위의 삼각형 $ABG$와 $AEF$가 다음 조건을 만족한다:
(a) $E$는 $AB$의 중점이다.
(b) 점 $A$, $G$, $F$는 한 직선 위에 있다.
(c) 선분 $BG$와 $EF$가 점 $C$에서 만난다.
(d) $|CE|=1$ 이고 $|AC| = |AE| = |FG|$ 이다.
$|AG| = x$ 일 때, $|AB| = x^3$ 임을 보여라.

$x_1, \ldots, x_n$은 $n$개의 정수이고 $p$는 $n$보다 작은 자연수이다. \begin{align*} S_1 &= x_1 + x_2 + \cdots + x_p \\ T_1 &= x_{p+1} + x_{p+2} + \cdots + x_n \\ S_2 &= x_2 + x_3 + \cdots + x_{p+1} \\ T_2 &= x_{p+2} + x_{p+3} + \cdots + x_n + x_1 \\ &\vdots \\ S_n &= x_n + x_1 + x_2 + \cdots + x_{n-1} \\ T_n &= x_p + x_{p+1} + \cdots + x_{n-1} \end{align*}이라 하자. $a, b \in \{0,1,2,3\}$ 에 대해, $S_i \equiv a \pmod4$, $T_i \equiv b \pmod4$ 인 $i$ ($1 \leq i \leq n$) 의 개수를 $m(a,b)$라 하자. $m(1,3) \equiv m(3,1) \pmod4$ 일 때, 또 그 때만 $m(2,2)$가 짝수임을 보여라.

다음과 같은 버스 노선을 가진 도시가 있다:
(a) 각각의 노선마다 정확히 11개의 버스 정류소가 있다.
(b) 임의의 두 버스 정류소 사이를 노선을 갈아타지 않고 갈 수 있다.
(c) 임의의 두 버스 노선은 공통으로 지나는 정류소가 정확히 하나 있다.
이 도시에는 몇 개의 버스 노선이 있는가?

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