Let \(f(x) = x^4 + (2-a)x^3 – (2a+1)x^2 + (a-2)x + 2a\) for some \(a \geq 2\). Draw two tangent lines of its graph at the point \((-1,0)\) and \((1,0)\) and let \(P\) be the intersection point. Denote by \(T\) the area of the triangle whose vertices are \((-1,0), (1,0)\) and \(P\). Let \(A\) be the area of domain enclosed by the interval \([-1,1]\) and the graph of the function on this interval. Show that \(T \leq 3A/2.\)

The best solution was submitted by 서성욱(동산고 2학년, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-17.

Other solutions were submitted by 강지민 (세마고 3학년, +3), 김민서 (KAIST 수리과학과 19학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 여인영 (KAIST 물리학과 20학번, +3), 이도현 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 23학번, +3), 이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +3), 조현준 (KAIST 수리과학과 22학번, +3), 지은성 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), 최민규 (한양대학교 의과대학 졸업생, +3), Adnan Sadik (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), Muhammadfiruz Hasanov (+3).

Define the sequence \( x_n \) by \( x_1 = 0 \) and
\[
x_n = x_{\lfloor n/2 \rfloor} + (-1)^{n(n+1)/2}
\]
for \( n \geq 2\). Find the number of \( n \leq 2023 \) such that \( x_n = 0 \).

The best solution was submitted by 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-16.

Other solutions were submitted by 김기수 (KAIST 수리과학과 18학번, +3), 김민서 (KAIST 수리과학과 19학번, +3), 김준홍 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 서성욱 (동산고 2학년, +3), 여인영 (KAIST 물리학과 20학번, +3),이도현 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 23학번, +3), 이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +3), 전해규 (KAIST 기계공학과 졸업생, +3), 조현준 (KAIST 수리과학과 22학번, +3), 최백규 (KAIST 생명과학과 박사과정 20학번, +3), Adnan Sadik (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), Muhammadfiruz Hasanov (+3), 강지민 (세마고 3학년, +2), 지은성 (KAIST 수리과학과 20학번, +2), 최민규 (한양대학교 의과대학 졸업생, +2), Eun Chan (+2).

Let \(p(z), q(z) \) and \(r(z)\) be polynomials with complex coefficients in the complex plane. Suppose that \(|p(z)| + |q(z)| \leq |r(z)|\) for every \(z\). Show that there exist two complex numbers \( a,b \) such that \(|a|^2 +|b|^2 =1\) and \( a p(z) + bq(z) =0 \) for every \(z\).

The best solution was submitted by 김기수 (KAIST 수리과학과 18학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-15.

Other solutions were submitted by 강지민 (세마고 3학년, +3), 김민서 (KAIST 수리과학과 19학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 신민서 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 여인영 (KAIST 물리학과 20학번, +3),이도현 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 23학번, +3), 이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +3), 조현준 (KAIST 수리과학과 22학번, +3), 지은성 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 최민규 (한양대학교 의과대학 졸업생, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +3), Muhammadfiruz Hasanov (+3).

Let \(f(t)=(t^{pq}-1)(t-1) \) and \(g(t)=(t^{p}-1)(t^q-1) \) where \(p\) and \(q\) are relatively prime positive integers. Prove that \(\frac{f(t)}{g(t)}\) can be written as a polynomial where it has just \(1\) or \(-1\) as coefficients. (For example, when \(p=2\) and \(q=3\), we have that \(\frac{f(t)}{g(t)} = t^2-t+1\).)

The best solution was submitted by 김준홍 (KAIST 수리과학과 20학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-14.

Other solutions were submitted by 강지민 (세마고 3학년, +3), 김기수 (KAIST 수리과학과 18학번, +3), 김민서 (KAIST 수리과학과 19학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 이도현 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 23학번, +3), 이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +3), 전해구 (KAIST 기계공학과 졸업생, +3), 조현준 (KAIST 수리과학과 22학번, +4), 지은성 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +3). Muhammadfiruz Hasanov (+3).

Prove or disprove the existence of a function \( f:[0, 1] \to [0, 1] \) with the following property:

for any interval \( (a, b) \subset [0, 1] \) with \( a<b \), \( f((a, b)) = [0, 1] \).

The best solution was submitted by 조현준 (KAIST 수리과학과 22학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-13.

Other solutions were submitted by 김기수 (KAIST 수리과학과 18학번, +3), 김민서 (KAIST 수리과학과 19학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 박준성 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 22학번, +3), 오동언 (서울대학교 의과대학 19하번, +3), 이도현 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 23학번, +3), 지은성 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), Eun U (+3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +2), 이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +2), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +2). There were incorrect solutions.

Let \(p\) be a prime number at least three and let \(k\) be a positive integer smaller than \(p\). Given \(a_1,\dots, a_k\in \mathbb{F}_p\) and distinct elements \(b_1,\dots, b_k\in \mathbb{F}_p\), prove that there exists a permutation \(\sigma\) of \([k]\) such that the values of \(a_i + b_{\sigma(i)}\) are distinct modulo \(p\).

The best solution was submitted by 이명규 (KAIST 전산학부, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-12.

Other solutions were submitted by 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박준성 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 22학번, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), 최민규 (한양대학교 의학대학 졸업, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +3). Late solutions were not graded.

Let \(S\) be a set of distinct \(20\) integers. A set \(T_A\) is defined as \(T_A:=\{ s_1+s_2+s_3 \mid s_1, s_2, s_3 \in S\}\). What is the smallest possible cardinality of \(T_A\)?

The best solution was submitted by 정희승 (서울대학교 물리천문학부, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-11.

Other solutions were submitted by 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (새내기과정학부 23학번, +3), 박준성 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 22학번, +3), 신민서(KAIST 수리과학과 20학번, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), 최민규 (한양대학교 의학대학 졸업, +3), Eun Song (+3), James Hamilton Clerk (+3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +2), 김준홍 (KAIST 수리과학과 20학번, +2), 최백규 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3).

Find all pairs of prime numbers \( (p, q) \) such that \( pq \) divides \( p^p + q^q + 1 \).

The best solution was submitted by 최백규 (KAIST 생명과학과 박사과정 20학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-10.

Other solutions were submitted by 김준홍 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박준성 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 22학번, +3), 신민서(KAIST 수리과학과 20학번, +3), 전해구 (KAIST 기계공학과 졸업, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +3), Matthew Seok (+3).

Let \(\mathbb{S}_n\) be the set of all permutations of \([n]=\{1,\dots, n\}\). For positive real numbers \(d_1,\dots, d_n\), prove \[ \sum_{\sigma\in \mathbb{S}_n} \frac{1}{ d_{\sigma(1)}(d_{\sigma(1)}+d_{\sigma(2)}) \dots (d_{\sigma(1)}+\dots + d_{\sigma(n)}) } = \frac{1}{d_1\dots d_n}.\]

The best solution was submitted by 신민서 (KAIST 수리과학과 20학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-09.

Other solutions were submitted by 권도현 (KAIST 수리과학과 22학번, +3), 김명규 (KAIST 전산학부 19학번, +3), 김준홍 (KAIST 수리과학과 20학번, +3), 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +3), 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 박준성 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 22학번, +3),이명규 (KAIST 전산학부 20학번, +3), 채지석 (KAIST 수리과학과 석박통합과정 21학번, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +3). James Hamilton Clerk (+3), Matthew Seok (+3).

Find a pair of nonisomorphic nonabelian groups so that their abelianizations are isomorphic and their commutator subgroups are perfect.

The best solution was submitted by 김찬우 (연세대학교 수학과 22학번, +4). Congratulations!

Here is the best solution of problem 2023-08.

Other solutions were submitted by 박기윤 (KAIST 새내기과정학부 23학번, +3), 이명규 (KAIST 전산학과 20학번, +3), Anar Rzayev (KAIST 전산학부 19학번, +2).