2018年3月1日 星期四

[資源/Excel] 貸款供款計算表

有人問我一個關於貸款供款表的問題,希望模擬不同利息下的供款情況。
在網絡上不同銀行提供的資料有點出入,有些沒總利息,有些沒供款表,有點不便。

我反推了公式,把結果弄成Excel表和Google表格,現分享如下:
Excel 版 貸款供款計算表 下載
Google 試算表 貸款供款計算表

說明:
Excel版請以左鍵點擊連結後按下圖的符號下載後使用。

Excel為2013版,如有需要舊版Excel可留言說明你要的版本,我會再上存。

Google表格只設定了 可以檢視,因為所有人都可以編輯的話我怕格式會亂掉。
使用前請先用左上角的 檔案>建立副本,在副本編輯。

如果有需要公式算法的話可留言問我,我會用LaTeX打出來,因為很麻煩所以沒人問就算了。

2016年8月15日 星期一

[DSE-Maths] 2015 MC 41

$x^2+y^2+2x-6y+k=0$與直線$x+y-4=0$交於一點, 求k。

https://www.youtube.com/watch?v=SpyyZcdNtas
這位自稱5**補習天王
就說傳統方法用delta去解,有很多困難點,
他就會用program解,好快好強大...

但其實只要知道圖怎畫,不用計數機算得出來...
圓心在$(-2/2, -(-6)2)=(-1,3)$
這點與$L: x+y+4=0$的$y$方向距離係由代$x=-1$找y值的差可得
$-1+y+4=0$
$y=-3$
$3$與$-3$差$6$, $L$ 的斜率為$-1$, 圓心與直線垂直距離為$\frac{6}{\sqrt{2}}$
考慮標準方程
$k=(-1)^2+3^2-(\frac{6}{\sqrt{2}})^2=1+9-18=-8$

一堆AAA的人也只是知其然而不知其所以然,
用program刷題目, 分數再高也沒甚麼意思,
考按計算機不如找電腦來考。

2016年7月30日 星期六

倫敦金高風險, 勿買!

最近有經紀cold call裝做問卷實際是遊說我買倫敦金, 他給我現時的金價USD1313/oz和預計翌日的金價USD1323/oz, 隔天whatsapp我給我一張螢幕截圖給我看他怎幫他的客人以HKD23萬本金按他的預測賺了HKD3.198萬元(買入價USD1319.4, 賣出價USD1327.6, 交易費HKD390)。

我問他0.6%左右的升幅以23萬本金怎會賺到3.1萬元, 他沒正面回應, 說在whatsapp也說不清楚不如當面算給我看, 想約我出來。(當我智障啊?)

其實事情是這樣的:
他所說的本金並不是本金, 而是保證金(大約為交易價的2%), 即買100萬的倫敦金, 戶口只要有2萬保證金就夠了, 如果你的黃金價值掉了2%以上, 即你手上的金的價值掉低於98萬, 經紀就會要求你注資, 如果沒錢注資就會斬倉, 強賣所有倫敦金, 戶口清零。每次交易單位為一手, 即100oz, 上面的例子買了5手, 500oz。

所以上面的例子是這樣的:
USD1319.4/oz買了5手, 即1319.4*500*7.8=HKD5145660, 所需保證金只要10.3萬HKD, 所以他戶口有23萬足以買5手以上。買賣差價USD8.2, 所以賺取8.2*500*7.8=HKD31980。

如果金價上升當然是大爆賺了, 可是不管賺多少, 要是遇到跌勢基本上是一無所有, 市場上除了買賣兩方外, 還有金業從中賺取交易差價和手續費, 長遠來看對買賣兩方來說是負和遊戲, 只有金業穩賺, 市上的資金只會不斷蒸發, 流向金業。

當我點出這點時, 該經紀就以他先前給我的預測和交易例子證明他所做的風險管理可保我穩賺不賠, 然而cold call預測就算失敗了也可以找下一個, 金價不是升就是掉, 一直call下去總有天中, 單一的交易例子也一樣, 就算是亂買, 只要次數夠多, 總有一次買賣是成功的, 不足為證。

而最大問題的是倫敦金買賣並不受證監會監察, 所以無良經紀可為賺佣金而頻頻交易, 另外買入後只要不賣出也不算完成一次交易, 所以他可以在1300買入, 掉了? 在1290再買, 又掉? 在1280再買, 金價回升一點到1285, 他就把1280的單賣掉, 賺5元, 然後跟你說他幫你賺了5元, 一直報喜, 到哪天1300那張單爆了, 你的保證金不足以支付虧損, 他才會告訴你你沒錢啦, 然後拍拍屁股就走, 完全沒有任何責任。

所以簡而言之: 如果有穩賺他是不會自己賺? 會cold call你大家一起賺那麼好一定有鬼。

ps. 經紀收佣約是手續費的5~9成, 公價約400, 當7成, 將HKD280, 假設他一個月cold call成功一次, 每個月幫客人完成4次買賣, 一年後每個月他就賺12*4*280=13440, 兩年後如果他的客人沒流失就月入26880, 不過cold call和簽約要周圍走, 也要在別人下班時做, 早上要看金市進行交易, 幾乎醒著就是上班, 星期日也不會放, 除非口才了得, 否則這也不是一份好工作呢。

2015年12月14日 星期一

2015年12月10日 星期四

[程式/Mathematica] 沒有row interchange的LU分解函數

首先... SyntaxHighlighter沒法高亮Mathematica的語法,所以下面只能以這種形式表示了


沒有row interchange的LU分解函數(LU Decomposition without row interchanging):

LUFactor[mat0_] :=
 Module[{m, n, i, j, k = 1, L, U = mat0},
  {m, n} = Dimensions[U];
  L = IdentityMatrix[m];
  For[j = 1, j < n + 1, j++,
   If[U[[k, j]] != 0,
    For[i = k + 1, i < m + 1, i++,
     L[[i, k]] = U[[i, j]]/U[[k, j]];
     U[[i]] = U[[i]] - U[[k]]*U[[i, j]]/U[[k, j]];
     ];
    k++
    ]
   ];
  Print["L=", L // MatrixForm];
  Print["U=", U // MatrixForm];
  Return[{L, U}];
  ]
將這個放在Mathematica的檔案中執行一次後就能呼叫這個函數,在裡面放入要分解的矩陣就可。Print那兩行是顯示L和U,不需要的話可刪除。如果想將這個函數的L和U指定到另外的變數中,可以寫成{a,b}=LUFactor[matrix],這樣L和U就會指定到a和b這兩個變量上。

事源是這樣的,Mathematica本身內置了一個叫LUDecomposition的函數,但它沒法選擇做不做row interchange,而筆者在溫習線性代數的課題時,在LU分解的練習中有些題目是要在不做row interchange的情況下解的,只好放棄。

然後想說其實筆者也會一點編程,應該查一下Mathematica的編程語法就會了吧,於是就邊查邊找別人寫的函數的例子,就編出上面的function了。

一開始只是寫了4x4的矩陣作試驗,然後擴建成nxn,再把參數改一改,令它能處理mxn,最後加一個If和改改參數變成能處理pivot的問題。

不過Mathematica的資料真難找,搜尋常常夾了一堆不相干的東西,像要找function的定義方法就找了很多數學function的相關東西出來,找programming就變mathematical programming,好麻煩。

2015年12月9日 星期三

[數學] ABCD共圓,AD與BC的延線交於圓外的一點E,BDM為直線,其中MT與圓ABCD相切。若EM//AC,證明MT=ME。

問題:



題解:




Joint $BT$ and $DT$.

Let $MT=a$, $ME=b$, $MD=r$ and $MB=s$

Our aim is to prove $a=b$.

Consider $\triangle BMT$ and $\triangle TMD$,

$\angle BMT= \angle TMB$   (commond $\angle$)

$\angle TBM= \angle DTM$   ($\angle$ in alt. segment)

Thus, $\triangle BMT \sim \triangle TMD$   (AA)

By corr. sides $\sim \triangle s$, we have,

$\begin{align*}
\frac{MT}{MD}&=\frac{MB}{MT}\\
\frac{a}{r}&=\frac{s}{a}\\
a&=\sqrt{rs}
\end{align*}$

Consider $\triangle BME$ and $\triangle EMD$,

$\angle BME= \angle EMD$   (commond $\angle$)

$\angle MBE= \angle A$   ($\angle s$ in the same segment)

$\angle A= \angle MED$   (alt. $\angle s$, $EM//AC$)

so, $\angle MBE= \angle MED$

Thus, $\triangle BME \sim \triangle EMD$   (AA)

By corr. sides $\sim \triangle s$, we have,

$\begin{align*}
\frac{ME}{MD}&=\frac{MB}{ME}\\
\frac{b}{r}&=\frac{s}{b}\\
b&=\sqrt{rs}=a
\end{align*}$

Therefore, $MT=ME$.

$Q.E.D.$

2015年12月7日 星期一

[數學] 邊長為a的正方形, 其中三角(逆時針, 從左上開始)至正方形一內點的距離分別為1, 2和3, 求邊長a和對應長度為1和2的線段夾角

問題:







解答:

Let $A:(0,0)$, $B:(0,a)$, $C:(a,a)$, $D:(a,0)$ be the corners of the square.

The equations of the circles centered at $A$, $B$ and $D$ with radii $2$, $1$ and $3$ respectively are

$x^2+y^2=4$ ------- $(1)$

$x^2+y^2-2ay+a^2=1$ ------- $(2)$

$x^2+y^2-2ax+a^2=9$ ------- $(3)$

The point $K:(m,n)$ in the square satisfies these equations simultaneously, where $m>0$ and $n>0$

From (1) and (2), (2) and (3), we have

$2an=a^2+3>0$

$2am=a^2-5>0$

Sum of their squares is

$(2ay)^2+(2ax)^2=4a^2(x^2+y^2)=16a^2$

Thus,

$(a^2+3)^2+(a^2-5)^2=16a^2$

$a^4-10a^2+17=0$

Using quadratic equation to solve $a^2$, which is the area of the square.

$Area=a^2$$\\=\frac{10 \pm \sqrt{10^2-4(17)}}{2}
\\=5 \pm 2 \sqrt{2}
\\=5 + 2 \sqrt{2}$

(Since $a^2>5$, reject $a^2=5-2 \sqrt{2}$)

Therefore $a= \sqrt{5 + 2 \sqrt{2}}$

Consider $\triangle ABK$, by cosine law, we have

$\begin{align*}
a^2&=1^2+2^2-2(1)(2) \cos \theta
\\\cos \theta &=-\frac{1}{\sqrt{2}}
\\\theta &=135 ^\circ
\end{align*}$





P.S. 這個順便測試在Mathb.in寫的東西直接複製過來怎麼,完全沒問題。在Mathb.in編輯簡單多了,寫了的東西可立即顯示,這邊預覽跑半天呢。

2015年12月1日 星期二

[電腦] Bluestack 自動下載遊戲 的解決方法

相信有用bluestack的各位應該有被這問題困擾吧?它為了經營而強迫用戶安裝那些apps以收取廣告費,而那些apps總是100Mb上下,很佔電腦資源。筆者搜尋各大中文網站後也沒找到一個簡單又合用的解決方法(一些只是直接推銷其他軟體)。不過在英文網站卻找到了(英文網絡的資源總是比較多呢),簡單,而且目前為止我的bluestack也沒再裝怪apps,事不宜遲,馬上開始:

1. 下載並安裝nova launcher
 >>載點<<

nova launcher是啟動android的首頁介面,用它的原因無它,因為所有問題都出在bluestack原來的介面 Gamepop-首頁,所以我們用一個更好的介面取代這個應用。

如果想美化首面,請找有關nova launcher的教學,自己搜尋,我沒需要所以沒弄。

2. 在設定→高級設置→應用程式 中停止並刪除bluestack自帶的apps。
例如 Google Play服務、Gamepop-首頁、Getjar... 總之你覺得沒用的,能刪都刪,不能刪就停用。

3. 重新啟動bluestack,它會問你用甚麼作為首面,你就選永久使用nova launcher。

4. 為防bluestack更新,請編輯登陸檔。
首先在"開始"找regedit.exe,開啟後登錄編輯程式就出來了,然後到
HKEY_LOCAL_MACHINE>SOFTWARE>BlueStacks>Updater
在ManifestURL這個檔上按右鍵,選修改,把原來的網址刪除。

這樣就大功告成了,目前筆者還沒看到bluestack亂裝apps。沒圖沒影片請見諒,因為我不想重做一次,各位請自行嘗試。

2015年11月30日 星期一

[物理] 平行光進入拋面後, 所有反射光都會通過焦點的數學證明


前設是反射定律。
Consider a general parabola $y^2=4px$.
The focus of the parabola is $(p, 0)$.

Let a general horizontal line be $y=k$, where $k$ is constant.
It cuts the parabola at $( \frac{k^2}{4p}, k)$.

It can be shown that the general normal line at $( \frac{k^2}{4p}, k)$ is:
$y=-\frac{k}{2p}x+k+\frac{k^3}{8p^2}$

and the reflection of the horizontal line through the normal at $( \frac{k^2}{4p}, k)$ is:
$y = -\frac{4pk}{4p^2 - k^2}x + \frac{k^3}{4p^2 - k^2} + k$, where $k \neq 2p$.

Substitute $(p, 0)$ into $y = -\frac{4pk}{4p^2 - k^2}x + \frac{k^3}{4p^2 - k^2} + k$,

we have
$L.H.S=0$

$R.H.S$ $\\=-\frac{4pk}{4p^2 - k^2}p + \frac{k^3}{4p^2 - k^2} + k
\\=\frac{-4p^2k+k^3+4p^2k - k^3}{4p^2 - k^2}
\\=0$

$L.H.S=R.H.S$

for $k=2p$, the reflection line is a vertical line pass through $(p,k)$ and $(p,0)$.
Thus, the reflection line passes the focus.

筆者利用Geogebra將反射的情況畫出來了, 可參考
http://tube.geogebra.org/m/2188507

2015年11月28日 星期六

[數學] 2012 HKDSE MATHS MC 42題 真正秒解

先說說2013年 MC 42題,
Find the range of values of $k$ such that the circle $x^2+y^2+2x-2y-7=0$ and the straight line $3x-4y+k=0$ intersect.

$A.$ $-8<k<22$
$B.$ $-8 \leq k \leq 22$
$C.$ $k<-22$ or $k>8$
$D.$ $k \leq -22$ or $k \geq 8$

k夾在某範圍,可交於一點,必是
$a \leq k \leq b$ 這種形式,B是答案。


而2012年MC42題,在學校沒有教的數學有說明詳解,但他說沒有真正的秒解,所以我這邊就給一個真正的秒解給大家。(這題好像因為命中率低而很紅,網上看到一些補習班數學講座找狀元講解這題)

問題是這樣的:
求 $k$ 值的範圍使得 $x^2+y^2+2x-4y-13=0$ 與直線 $x-y+k=0$ 相交於兩相異點。

$A.$ $-9 < k < 3$
$B.$ $-3 < k < 9$
$C.$ $k<-9$ 或 $k>3$
$D.$ $k < -3$ 或 $k > 9$

有交點,但不能只交於一點,所以必是
$a < k < b$ 這種形式。

圓方程 $x^2+y^2+Dx+Ey+F=0$中,
圓心座標為:$(- \frac{D}{2}, - \frac{E}{2})=(- 1, 2)$

直線方程 $y=mx+c$ 的 $c$ 決定的是線所在的高度,
而圓是對稱的,兩切線中間的平行線必通過圓心,
即對於 $a < k < b$,中間的平行線的 $k$ 值為 $\frac{a+b}{2}$,
所以
$-1-2+\frac{a+b}{2}=0$
$\frac{a+b}{2}=3$

然後很明顯 $\frac{-3+9}{2}=3$
答案是B,不需要二次方程,不需要判別式,
對這題的圖形的圖象有清晰的概念就能解了。



而如果是長題目要找出 $k$ 的上下限,也可以從圖象入手,
我就懶畫了,有興趣請自繪:

圓方程 $x^2+y^2+Dx+Ey+F=0$中,
圓心座標 $(m, n)$ 為:$(- \frac{D}{2}, - \frac{E}{2})=(- 1, 2)$
半徑 $r$ 為 $\frac{1}{2}\sqrt{D^2+E^2-4F}=\frac{1}{2}\sqrt{2^2+4^2-4(-13)}=3\sqrt{2}$

直線 $x-y+k=0$ 的斜率 $s$為 $1$,

考慮三圓心、切點,通過圓心的垂線與切線的交點三者形成的角形,
可知上下限為 $(n-m) \pm \frac{r}{ \sin( \tan^{-1}s)}$,較大的就是上限,較小的是下限。
(這不是通解公式,直線方程我沒用通式,通解請自行推導)

代入可得:
$a$ $\\=(2+1) - \frac{3 \sqrt{2}}{ \sin ( \tan ^{-1}1)} \\
=3 - \frac{3 \sqrt{2} }{ \sin (45^{ \circ})} \\
=3 - \frac{3 \sqrt{2} }{ \frac{1}{ \sqrt{2}}} \\
=3 - 3 \times 2\\
=-3$



$b$ $\\=(2+1) + \frac{3 \sqrt{2}}{ \sin ( \tan ^{-1}1)} \\
=3 + 3 \times 2 \\
=9$

2015年11月17日 星期二

[數學] 指定期數的分期付款公式

剛剛看到一篇一位補習老師寫的關於分期付款的文章。關於分期付款的介紹請直接到那邊看吧,寫得夠清楚了。但他最後說這不是casio計算機能解的問題,筆者就不太同意了。之前筆者弄過一個[資源/Excel] 貸款供款計算表,裡面用來計算每月供款的公式求法以DSE的課程知識足以求得,而且也是casio能計算的數字。

首先設第 $i$ 期尚欠貸款為 $P_i$ ,$0 \leq i \leq n$,借貸為$P_0$,$P_n=0$
月供 $x$ 元,月利率為 $r$ (即年利率/12), $n$ 為還款期數。

每月的尚欠貸款為上一月的尚欠貸款加上利息再扣除供款:
$P_i=(1+r)P_{i-1}-x$

反覆迭代可得
$P_n=(1+r)^2P_{n-2}-x-x(1+r)$
$P_n=(1+r)^3P_{n-3}-x-x(1+r)-x(1+r)^2$
...
$P_n=(1+r)^nP_0-x(1+(1+r)+(1+r)^2+...+(1+r)^{n-1})$

後面的是等比數列,用DSE教的等比數列和公式可化簡
$P_n=(1+r)^nP_0-x(\frac{(1+r)^{n}-1}{r})$

左方是0,將 $x$ 轉為主項
$x(\frac{(1+r)^{n}-1}{r})=(1+r)^nP_0$
$x=\frac{r(1+r)^n}{(1+r)^{n}-1} P_0$
 
以該文用的例子來驗算

借貸$=1 200 000$
月利率$= \frac{1.20 \%}{12}=0.001$
還款期數$=20 \times 12=240$
每月供款就會是
$=\frac{0.001(1+0.001)^240}{(1+0.001)^{240}-1} \times 1200000$
$=5626.46$

「每一個數字都不是CASIO這種計算機所能計到」?
上面用的的技巧全都是DSE所需,
迭代考細心
比數列和公式要背
轉換主項中一就學了
最後按計算機應該沒多難吧,CASIO十年前就出了的
可在屏幕編輯算式的計算機很輕鬆就能算出答案了。

[數學] 54321^2015的最後五位數

問題:
$54321^{2015}$ 的最後五位數。













題解:
老實說我還沒想到比較好的方法,不過 $2^{11}=2048$ ,就算硬解也應該在11步之內能解。
我想過用二項式定理化簡,但步驟數並沒有減少,所以還是放棄了。

利用模除公式
$ab=a \mod 100000+b \mod 100000 \mod 100000$

$54321^{2015}$$\\=(54321^{5})^{403} \mod 100000
\\=75601^{403}
\\=(75601^2)^{201} \cdot 75601
\\=(11201^3)^{67} \cdot 75601
\\=(53601^3)^{22} \cdot 53601 \cdot 75601
\\=40801^{22} \cdot 89201
\\=(40801^3)^7 \cdot 40801 \cdot 89201
\\=42401^7 \cdot 40801 \cdot 89201
\\=56801 \cdot 40801 \cdot 89201
\\=37601 \cdot 89201
\\=46801$

2015年11月12日 星期四

[數學] 設20x^3-21x^2-35x-3之值是3,而24x^3-26x^2-41x-2之值不是4,求x。



看起來雖然不是很像,不過其實這是二次方程!








題解:
$20x^3-21x^2-35x-3=3$
$20x^3-21x^2-35x-6=0$ ...(1)

$24x^3-26x^2-41x-2=4$
$24x^3-26x^2-41x-6=0$ ...(2)

根據題意,表示有些(1)的根不是(2)的根。
如果所有(1)的根都是(2)的根就無解;
如果所有(1)的根都不是(2)的根,
那這題等同在問(1)的所有根,(2)的資料完全沒幫助。

所以合理推測有些(1)的根同時是(2)的根。
先解出同時符合 (1) 和 (2) 的這些根:

這很易解
$6 \times(1)-5 \times(2)$
$4x^2-5x-6=0$
$(4x+3)(x-2)=0$
$x=2$ or $x=-\frac{3}{4}$

再找(1)餘下的根$a$,
可以用長除法,不過既然已有兩根,那根之積(product of roots)會比較快:
$2 \times \frac{-3}{4} \times a= \frac{6}{20}$
$a=- \frac{1}{5}$就是本題所求的根

2015年11月5日 星期四

[數學] 整係數多項式帶入分子涉及平方根的數值的速算法 (餘式定理應用)

學生今傳來兩條問題,這類題目我也沒看過,還沒想到更好的解,現分享如下:


假設沒有計算機... 有的話就不用算了。


$f(x)=4x^4-8x^3-15x^2+13x+1$
$a= \frac{3+2\sqrt{2}}{2}$
$b= \frac{3-2\sqrt{2}}{2}$
$4(x-a)(x-b)=4x^2-12x+1$
(對比二次方程的兩根和與兩根積)

以 $4x^2-12x+1$ 除
$4x^4-8x^3-15x^2+13x+1$

長除法:

得餘式 2

根據餘式定理,函數 $f(\frac{3+2\sqrt{2}}{2})=2$。

思考方向:
如果可以建立一個有因數 $x-\frac{3+2\sqrt{2}}{2}$ 的整係數多項式,
用它整除原式就可把餘式的因次降下來,
而整係數多項式的長除法也相對簡單。

$\frac{3+2\sqrt{2}}{2}$ 類似二次方程的通解,
對比下可設正負開方為兩根,得整係數二次多項式,
用它除原式得一因次最大為1的餘數多項式。

同類題目可用同樣解法:


$m=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$
$n=\frac{1-\sqrt{5}}{2}$
$(x-m)(x-n)=x^2-x-1$

以 $x^2-x-1$ 除
$8x^3-16x^2+2x+15$
得餘式 $2x+7$
代入 $x=\frac{1+\sqrt{5}}{2}$
得解為 $1+\sqrt{5}+7=8+ \sqrt{5}$
所以 $(a, b)=(8, 1)$

對於3以下的因次,這做法其實也沒多快,但對於6次以上的多項式,這方法的速度優勢就很明顯了,畢竟長除法只是整數加減,但 $(a+b\sqrt{c})^n$ 卻要比較沒開開的常數和有關方的係數。

2015年11月4日 星期三

[數學] (x^2+3x+1)(x^2+3x+2)+3x^2+9x+2的最小值

問題:求 $(x^2+3x+1)(x^2+3x+2)+3x^2+9x+2$ 的最小值。

剛剛學生傳來問我的,這是嵌套的配方法(Completing the square)題目。
通常看到題中的幾個多項式有大部分係數重覆時,就想想可不可以用另一個代數例如u去取代重覆的部分,然後化簡成平常在解的標準例題形式。

例如本題可這樣解:
$(x^2+3x+1)(x^2+3x+2)+3x^2+9x+2$
$=(x^2+3x+2-1)(x^2+3x+2)+3(x^2+3x+2)-4$
$=u(u-1)+3u-4$, sub. $u=x^2+3x+2$
$=u^2+2u-4$
$(u+1)^2-5$, 配方法

這個的最小值就出現在 $|u+1|$ 達到最小時,
$u+1$
$=x^2+3x+3$
$=(x+3/2)^2+3/4$
很明顯 $u+1$ 的最小值是 $\frac{3}{4}$ 出現在 $x=- \frac{3}{2}$,
要注意,如果 $u+1$ 的最小值小於 $0$,則 $|u+1| $ 的最小值取 $0$。

$(u+1)^2-5$ 的最小值
$=(\frac{3}{4})^2-5$
$=\frac{9}{16}-5$
$=-\frac{71}{16}$

所以 $(x^2+3x+1)(x^2+3x+2)+3x^2+9x+2$ 的最小值為 $-\frac{71}{16}$,出現在 $x=- \frac{3}{2}$。

2015年11月1日 星期日

[數學] 三角形內心與邊長等距應用題

問題:





題解:
$AB=CD=EF$
等弦與圓心等距(eq.chords equidistant from centre)
所以 $O$ 是 $\triangle XYZ$ 的內心(incircle center)。

$OX$ 和 $OY$ 分別平分 $\angle YXZ$ 和 $\angle XYZ$
考慮三角形
$\angle YXO + \angle XYO +121^{\circ}=180^{\circ}$ (三角形內角和)
$\angle YXO + \angle XYO =59^{\circ}$

另外,因為角平分,所以
$\angle YXZ=2\angle YXO$
$\angle XYZ=2\angle XYO$

最後考慮 $\triangle XYZ$
$\angle YXZ+\angle XYZ=2\angle YXO+2\angle XYO$
$\angle YXZ+\angle XYZ=2 \times 59^{\circ}$
$\angle YXZ+\angle XYZ=118^{\circ}$

$\angle YXZ+\angle XYZ +\angle XZY=180^{\circ}$ (三角形內角和)
$118^{\circ} +\angle XZY=180^{\circ}$
$\angle XZY=62^{\circ}$

如果第一步想不到 $O$ 是內心的話似乎也沒法解了。

更新:
其實也是有比較無恥的解法,因為是MC,我不需要知道準確值。
如果 $\angle XOY=120^{\circ}$ 明顯本圖形是旋轉對稱,
三角形 $XYZ$ 是正三角形,$\angle XZY=60^{\circ}$,
固定 $OZ$ 的距離延長 $XY$ 以增加 $\angle XOY$,
可知 $\angle XZY$也會增加,所以 $\angle XOY>60^{\circ}$,
符合條件又接近60度的答案只有B,所以只能是B了。
(還好這題沒有61,63之類的可選)

2015年10月29日 星期四

[數學] 求在單位正方形中, 內切於正方形兩組鄰邊及互相外切的兩圓形的最小面積和

問題:
(出處:Facebook數學討論群組)




題解:
設 $r_1$ 和 $r_2$ 分別是 $O_1$ 和 $O_2$的半徑,
外切點通過圓心至正方形角落的距離為
$(1+\sqrt{2})r$

正方形的對角線長為$\sqrt{2}$

外切點至左下角的距離+外切點至右上角的距離=對角線長
$(1+\sqrt{2})r_1+(1+\sqrt{2})r_2=\sqrt{2}$
$r_1+r_2=\frac{\sqrt{2}}{1+\sqrt{2}}$ ,這是(1)的答案

(2)
$兩圓面積和=(r_1^2+r_2^2)\pi$

根據柯西不等式(Cauchy–Schwarz inequality)
$2(r_1^2+r_2^2) \geq (r_1+r_2)^2$
$(r_1^2+r_2^2) \geq (\frac{1}{1+\sqrt{2}})^2$
$(r_1^2+r_2^2) \geq \frac{1}{3+2\sqrt{2}}$

最小的面積和出現在 $r_1=r_2=r$,其中 $r$ 是常數(可從(1)的答案解出,不過不需要)
所以
$最小面和$ $\\=(r^2+r^2)\pi
\\=\frac{\pi}{3+2\sqrt{2}}$


原發問人是問我怎用梯度(Gradient)和拉格朗日乘數(Lagrange multiplier)去解,
附上該解法:

[數學] 設a>b>c>0, a, b和c屬於整數, (x-c)是f(x)的因式, 其中f(x)=x(x-a)(x-b)-2, 求a+b+c。

問題:設 $a>b>c>0$,a、b和c屬於整數,$(x-c)$ 是 $f(x)$ 的因式,其中 $f(x)=x(x-a)(x-b)-2$,求 $a+b+c$。




題解:

根據餘數定理(Remainder Theorem)
$f(c)=0$
$c(c-a)(c-b)-2=0$
$c(a-c)(b-c)=2$

明顯 $c,(a-c),(b-c)$ 都是正整數,
三個正整數相乘等於 $2$ 的組合只有 ${2,1,1}$

已知 $a>b>c$
所以 $a-c>b-c>0$
可推得
$a-c=2$ 及 $c=b-c=1$
$a=3$ 和 $b=2$

$a+b+c=6$

或者不解出 $a$ 和 $b$,直接求
$a+b+c=a-c+b-c+3c=2+1+3=6$

2015年10月28日 星期三

[數學] 已知方程x^2-11x+(k+30)=0的兩根都比5大,求實數k的取值范圍。(更簡單的解)

題目:已知方程 $x^2-11x+(k+30)=0$ 的兩根都比5大,求實數$k$的取值范圍。
(出處:Facebook 數學問題討論群組)






相信大部分人會這樣解:
http://kantiku.com/math-2375322.htm

在FB上回答的人也是:


在此筆者提供另一個解,用到一個小學有學的定理:
等周定理--等周界的長方形以正方形的面積最大,長方形兩邊長度差越大,面積越小。

設兩根為 $a$ 和 $b$
$a+b=11$ → $b=11-a$ (兩根和)
$a>5$ and $b=11-a>5$

$5<a<6$


$5 \times 6 < ab \leq ( \frac{5+6}{2})^2 $ (等周定理)
$30<k+30 \leq (\frac{11}{2})^2$ (兩根積)
$0<k \leq \frac{1}{4}$


在運算上簡單很多。

台灣>國小科展專題<也有等周定理的研究,不過從這專題報告只知道在小學有教,不知是幾年級,筆者之前幫小學生補習時也有看到類似的題目。
 
用到等周定理那一步的合理性可從算幾不等式和二次方程的性質得出:
算幾不等式(AM-HM inequality)
$\frac{a+b}{2} \geq \sqrt{ab}$
$(\frac{11}{2})^2 \geq ab$

$a(11-a)$是開口向下的二次方程,達到極大值時的 $a$ 從算幾不等式可知是 $\frac{11}{2}$,
$a$ 越是離開這點,$a(11-a)$ 則越小,所以 $a(11-a)$ 的極小值是$5 \times 6$


然後兩根積是 $ab=k+30$

2015年10月26日 星期一

[數學] 證明當整數係數多項式f(x)有有理數x=q/p為根時, f(x)/(px+q)也是整係數多項式


最近遇到一位四處向大學教授寄信問數的台灣高中生,他問了我很多大學數學怎算,他會的一些數學方法我也沒看過,感覺真好,有教學相長的感覺。

他問了我一個問題如標題:

出處不明,我的解如下:

根據一次因式檢驗法(Rational root theorem)
$p|a_n=pb_{n-1}→b_{n-1} \in \mathbb{Z}$

其他項則需分析,先展開 $f(x)$:
$f(x)$$\\=(px+q)(b_{n-1}x^{n-1}+b_{n-2}x^{n-2}+...+b_{1}x+b_{0})
\\=(px+q)b_{n-1}x^{n-1}+(px+q)b_{n-2}x^{n-2}+...+(px+q)b_{1}x+(px+q)b_{0}$

設 $g_{i}(x)$$\\= f(x)-(px+q)b_{n-1}x^{n-1}-(px+q)b_{n-2}x^{n-2}-...-(px+q)b_{i+1}x^{i+1}
\\= (px+q)b_{i}x^{i}+(px+q)b_{i-1}x^{i-1}+...+(px+q)b_{1}x+(px+q)b_{0}
\\=pb_{i}x^{i+1}+(pb_{i-1}+qb_{i})x^{i}+...
\\=pb_{i}x^{i+1}+a_{i}x^{i}+...$,$0\leq i \leq n-2$
第二項以後的係數對應 $a_{i} \in \mathbb{Z}$。

設 $b_{i+1}$ 是整數
$a_{i+1}=pb_{i}+qb_{i+1} \in \mathbb{Z}$
則 $pb_{i}=a_{i+1}-qb_{i+1} \in \mathbb{Z}$
$g_{i}(x)$ 的係數為整數。

$g_{i}(x)$ 有因式 $px+q$,
根據一次因式檢驗法(Rational root theorem)
$p|pb_{i}→b_{i} \in \mathbb{Z}$

由 $b_{n-1}$ 為整數,利用數學歸納法可得
$b_{i} \in \mathbb{Z}$, for $0 \leq i \leq n-1$