Упражнение 877 - ГДЗ Алгебра 9 класс. Макарычев, Миндюк. Учебник. Страница 212

Вернуться к содержанию учебника

874 875 876 877 878 879 880

Вопрос

Докажите, что если \(x^2+y^2+z^2=xy+yz+zx\), то \(x=y=z\).

Подсказка

Введите текст

Ответ

Рассмотрим выражение

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2. \]

Раскроем скобки:

\[ (x-y)^2=x^2-2xy+y^2, \]

\[ (y-z)^2=y^2-2yz+z^2, \]

\[ (z-x)^2=z^2-2zx+x^2. \]

Сложим:

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2= \]

\[ x^2-2xy+y^2+y^2-2yz+z^2+z^2-2zx+x^2. \]

Приведём подобные члены:

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2=2x^2+2y^2+2z^2-2xy-2yz-2zx. \]

Вынесем \(2\):

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2=2(x^2+y^2+z^2-xy-yz-zx). \]

По условию

\[ x^2+y^2+z^2=xy+yz+zx. \]

Значит,

\[ x^2+y^2+z^2-xy-yz-zx=0. \]

Тогда

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2=0. \]

Так как квадрат любого числа неотрицателен, то

\[ (x-y)^2\geq 0,\qquad (y-z)^2\geq 0,\qquad (z-x)^2\geq 0. \]

Сумма трёх неотрицательных чисел равна нулю только тогда, когда каждое из них равно нулю.

Следовательно,

\[ (x-y)^2=0,\qquad (y-z)^2=0,\qquad (z-x)^2=0. \]

Значит,

\[ x-y=0,\qquad y-z=0,\qquad z-x=0. \]

Отсюда

\[ x=y,\qquad y=z. \]

Следовательно,

\[ x=y=z. \]

Пояснения:

В этой задаче используется важный приём: нужно преобразовать данное равенство так, чтобы получить сумму квадратов.

Основные правила, которые здесь применяются:

\[ (a-b)^2=a^2-2ab+b^2. \]

Также используется свойство квадрата числа:

\[ a^2\geq 0 \]

для любого числа \(a\).

Это свойство очень важно: квадрат не может быть отрицательным. Поэтому если сумма нескольких квадратов равна нулю, то каждый квадрат обязан быть равен нулю.

Почему в решении рассматривается именно выражение

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2? \]

Потому что если удастся доказать, что эта сумма равна нулю, то сразу получится:

\[ x-y=0,\qquad y-z=0,\qquad z-x=0, \]

а значит, все три числа равны между собой.

После раскрытия скобок в сумме квадратов появляются члены \(x^2\), \(y^2\), \(z^2\), а также произведения \(xy\), \(yz\), \(zx\). Именно такие выражения есть и в условии задачи. Поэтому это преобразование подходит очень удачно.

После сложения получаем:

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2=2(x^2+y^2+z^2-xy-yz-zx). \]

Теперь используется условие задачи:

\[ x^2+y^2+z^2=xy+yz+zx. \]

Если перенести правую часть влево, получится:

\[ x^2+y^2+z^2-xy-yz-zx=0. \]

Значит, вся сумма квадратов равна нулю:

\[ (x-y)^2+(y-z)^2+(z-x)^2=0. \]

Но каждый квадрат неотрицателен. Поэтому единственная возможность для суммы быть равной нулю — это когда каждый квадрат отдельно равен нулю.

Из этого следует:

\[ x=y,\qquad y=z,\qquad z=x. \]

Следовательно, все три числа равны:

\[ x=y=z. \]

Главная идея задачи состоит в том, что условие надо не пытаться решать напрямую, а свести к сумме квадратов разностей. Это очень распространённый и полезный приём в задачах на доказательство равенства нескольких чисел.


Вернуться к содержанию учебника