W Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) protony rozpędzane są do energii \(E = 6{,}5\rm~TeV=6{,}5\cdot 10^{12}\) eV, a ich tor zakrzywiany jest wówczas przez jednorodne pole magnetyczne o indukcji 7,7 T wytwarzane przez magnesy nadprzewodzące. Ile wynosi promień \(R\) krzywizny toru protonów w LHC? Pole magnetyczne jest prostopadłe do prędkości protonów. Jako prędkość światła przyjmij \(c = 3\cdot 10^8\) m/s.
Wkrótce po utworzeniu neutralny mezon rozpadł się na dwa fotony: w kierunku uprzedniego lotu mezonu powstał foton o energii \(E_1 = 202{,}5\) MeV, a w kierunku wstecznym – o energii \(E_2 = 22{,}5\) MeV. Jaka była masa spoczynkowa \(m_0\) mezonu? Z jaką prędkością poruszał się mezon?
Dla jakich liczb całkowitych dodatnich \(n\) można wybrać cztery różne liczby \(a,b,c,d\) ze zbioru \(\{n,n+1,\ldots,n^2\}\) tak, aby \(ab=cd\)?
Zauważmy, że jeśli \(n\geq 3,\) to wśród liczb od \(n\) do \(n^2\) znajdują się cztery różne liczby \[n<n+1<2n<2n+2,\] dla których zachodzi równość \[n(2n+2)=2n(n+1).\] (Uzasadnienie, że dla \(n\geq 3\) mamy \(2n+2\leq n^2,\) pozostawiamy Czytelnikom).
Jeśli zaś \(n\leq 2,\) to w zbiorze są mniej niż \(4\) liczby, więc nie da się wybrać czterech różnych liczb.
Dany jest trójkąt różnoboczny, którego długości boków są liczbami całkowitymi dodatnimi \(a,b,c.\) Udowodnić, że co najmniej jedna z liczb \[ab+1,\ \ \ bc+1,\ \ \ ca+1\] nie jest kwadratem liczby całkowitej.
Zauważmy, że liczby \((ca+1)(cb+1)\) oraz \(c^2(ab+1)\) są kwadratami. Istnieją więc liczby całkowite \(x,y\) takie, że \[(ca+1)(cb+1)=x^2 \ \ \ \text{oraz} \ \ \ c^2(ab+1)=y^2.\] Wtedy liczba \[d:=x^2-y^2=(ca+1)(cb+1)-c^2(ab+1)=c(a+b-c)+1\] jest dodatnia, skąd \(x>y,\) a więc \(x\geq y+1.\) Zatem \[d=x^2-y^2\geq (y+1)^2-y^2=2y+1.\] Ponieważ \(y=c\sqrt{ab+1},\) to \[d\geq 2c\sqrt{ab+1}+1.\] W szczególności \(d>2ac+1.\) Z kolei ponieważ \(c>b,\) to \[ac+1>c(a+b-c)+1=d.\] Ostatecznie więc \[d\geq 2c\sqrt{ab+1}+1>2ac+1>ac+1>c(a+b-c)+1=d,\] sprzeczność.
Na kwadratowej planszy \(11\times 11\) zaznaczono wszystkie \(144\) wierzchołki pól. Następnie zaznaczone punkty pokolorowano na pięć kolorów. Jakie jest największe możliwe do uzyskania minimum odległości między dwoma jednokolorowymi punktami?
Rozważmy w naszym kwadracie dowolne dwie kratki mające wspólny bok. Mają one łącznie \(6\) wierzchołków, a odległość między dowolnymi dwoma spośród nich nie przekracza \(\sqrt{5}.\)
Ponieważ punktów tych jest \(6,\) a kolorów tylko \(5,\) to z zasady szufladkowej Dirichleta dwa z tych punktów mają ten sam kolor. Zatem w każdym przypadku znajdą się dwa jednokolorowe punkty w odległości nie większej niż \(\sqrt{5}.\)
Następujący przykład dowodzi, że ograniczenie \(\sqrt{5}\) jest optymalne.
