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Cuatro Problemas Resueltos
Olimpiadas Matemáticas Combinatoria


José Enrique González Cornejo
agosto 2026












 Introducción a la Resolución

Mi amigo Alejandro Teixeira Gómez me envió un manuscrito con cuatro interesantes problemas matemáticos, extraídos de un examen de las Olimpiadas de Matemática Combinatoria. A partir de este material, analizamos y resolvimos conjuntamente cada uno de los problemas.

En este artículo presentamos tanto los enunciados como sus respectivas soluciones, poniendo especial énfasis en las ideas y estrategias matemáticas utilizadas en cada caso. El propósito no es únicamente llegar a la respuesta, sino también mostrar el camino del razonamiento que permite comprender por qué dicha respuesta es correcta.



Visualizar con mejor Resolución Manuscrito






 Problema 1.-

Encontrar todas las tripletas de enteros positivos \((A,B,C)\) que satisfagan la igualdad \( (A^2 + B^2 + C^2)=2026 \)

    Solución

Se busca todas las tripletas de enteros positivos, i.e. \( A,B,C \in \mathbb Z^{+}\) que satisfacen la ecuación:

$$ A^2+B^2+C^2=2026 $$
Como el orden de (A,B,C) puede cambiar, primero asumiré que

$$ 1\leq A\leq B\leq C $$
Además,
$$ C^2\leq 2026-1^2-1^2=2024 $$
por lo que \(C \leq 44 \). Haciendo una búsqueda exhaustiva de los cuadrados posibles entre \(1^2\) y \(44^2\), se obtienen exactamente las siguientes 8 soluciones:

$$ \begin{aligned} 2026&=1^2+27^2+36^2\\ &=3^2+9^2+44^2\\ &=8^2+21^2+39^2\\ &=9^2+24^2+37^2\\ &=12^2+19^2+39^2\\ &=15^2+24^2+35^2\\ &=17^2+21^2+36^2\\ &=19^2+24^2+33^2. \end{aligned} $$



Solución Heurística con un Algoritmo en Javascript


\( \large{ \lt \text{script language=JavaScript} \gt} \)


function buscarTripletas(N) {

    const soluciones = [];
    const Cmin = Math.ceil(Math.sqrt(N / 3));
    const Cmax = Math.floor(Math.sqrt(N - 2));

    for (let A = 1; A <= Math.floor(Math.sqrt(N / 3)); A++) {

        for (let B = A; B <= Math.floor(Math.sqrt((N - A * A) / 2)); B++) {

            const resto = N - A * A - B * B;

            if (resto <= 0) {
                continue;
            }

            const C = Math.sqrt(resto);

            // C debe ser entero y además B <= C
            if (Number.isInteger(C) && B <= C && C <= Cmax) {

                soluciones.push([A, B, C]);
            }
        }
    }

    return soluciones;
}



const N = 2026;
const soluciones = buscarTripletas(N);

document.getElementById("td_problema").innerHTML="
Soluciones para A² + B² + C² ="+ N + "

Número de soluciones : " + soluciones.length var sGuarda="" soluciones.forEach((s, i) => { const [A, B, C] = s; sGuarda = sGuarda + `${i + 1}. --> (${A}, ${B}, ${C}) = ` + `${A}² + ${B}² + ${C}² = ${N}
` }); document.getElementById("td_solucion").innerHTML="
" + sGuarda
\( \large{ \lt \text{/script} \gt} \)







 Problema 2.-

Sea \( ABC \) un triángulo. Se trazan circunferencia \(K_1\) y \(K_2\) de centro \( M \) y \( N \). De modo que \( M \) es el centro de \(K_1\) y \( N \) el centro de \(K_2\). Determinar el ángulo ACB.



    Solución

  • i) Circunferencia \(K_1\)


  • Como \( M \) es el centro de \(K_1\) y \( A,C \) pertenecen a \(K_1\),

    $$ MA=MC. $$
    Por tanto, el triángulo \( AMC \) es isósceles. Además,

    $$ \angle AMC=90^\circ. $$
    Entonces los otros dos ángulos son iguales y suman (90^\circ):

    $$ \angle MAC=\angle ACM=45^\circ. $$
    Como (A,M,B) están alineados,

    $$ \angle ACM=45^\circ. $$

  • ii) Circunferencia \(K_2\)

  • Ahora utilizamos la segunda circunferencia. Según la figura:

    - \(N\) es el centro de \(K_2\)
    - \(C,B,M \) pertenecen a \(K_2\)
    - \(C,N,B \) están alineados.

    \( \implies \)

    \( \overline{CB} \) es un diámetro de \(K_2\).

    En efecto,

    $$ NC=NB=NM, $$
    porque son radios de \( K_2 \).

    Por el teorema de Tales, el ángulo que subtiende el diámetro \( \overline{CB} \), desde cualquier punto de la circunferencia, es recto. Como \( M \in K_2 \),

    $$ \angle CMB=90^\circ $$


  • iii) El triángulo \( CMB \)

  • Tenemos además que

    $$ MC=MB $$
    Dado que ambos son radios de \(K_2\). Por tanto, \( CMB \) es un triángulo rectángulo isósceles, con

    $$ \angle CMB=90^\circ $$
    Los otros dos ángulos son necesariamente

    $$ \angle MCB=\angle CBM=45^\circ $$
    Así,

    $$ \angle MCB=45^\circ $$


  • iv) Determinamos \( \angle ACB \)

  • En el vértice \( C \), el segmento \( CM \) divide el ángulo \(ACB\):

    $$ \angle ACB=\angle ACM+\angle MCB $$
    Ya sabemos que

    $$ \angle ACM=45^\circ $$
    y

    $$ \angle MCB=45^\circ $$
    Por consiguiente,

    $$ \angle ACB=45^\circ+45^\circ $$
    y finalmente

    $$ \boxed{\angle ACB=90^\circ}. $$


  • Resultado




  • $$ \boxed{\displaystyle \angle ACB=90^\circ} $$
    Es decir, el triángulo \( ABC \) es rectángulo en \( C \).

    La demostración tiene una simetría:

    $$ \underbrace{\angle ACM}_{45^\circ} + \underbrace{\angle MCB}_{45^\circ} = \boxed{90^\circ}. $$
    Este resultado se obtiene a partir de que \( AMC \) es rectángulo isósceles y \( \overline{CB} \) es un diámetro de \(K_2\).

    QED//





 Problema 3.-

Determinar todos los pares de números reales \( (x,y) \) que satisfacen el sistema de ecuaciones:

$$ \large { x^2 + xy^2 = x\\ y^2 + yx^2= y } $$

    Solución

Todos los pares de números reales que satisfacen el sistema son:

$$ \bbox[white,8px,border:1px solid #c0c0c0] { \large{ \{ (0,0), (0,1), (1,0), \left(\frac{-1+\sqrt5}{2},\frac{-1+\sqrt5}{2}\right), \left(\frac{-1-\sqrt5}{2},\frac{-1-\sqrt5}{2}\right) \} } } $$

P.D. Por demostrar que el sistema posee exactamente esas \( 5 \) soluciones reales

En efecto, dado el sistema:

$$ \begin{cases} x^2+xy^2=x\\ y^2+yx^2=y\\ \end{cases} \qquad x,y\in\mathbb{R} $$
Llevando a cero y factorizando ambas ecuaciones, se tiene:

$$ x^2+xy^2=x $$
$$\implies$$

$$ x^2+xy^2-x=0. $$
$$\implies$$

$$ x(x+y^2-1)=0 $$

De forma análoga,

$$ y^2+yx^2=y $$
se transforma en

$$ y^2+yx^2-y=0, $$
$$\implies$$


$$ y(y+x^2-1)=0 $$
Por tanto, el sistema equivale a

$$ \begin{cases} x(x+y^2-1)=0,\\ y(y+x^2-1)=0 \end{cases} $$
Analizando los casos posibles

  • Caso \( x=0 \)

  • La segunda ecuación queda

    $$ y(y-1)=0. $$
    Luego

    $$ y=0\quad\lor\quad y=1 $$
    $$\implies$$

    $$ (0,0),\ (0,1) $$

  • Caso \( y=0 \)

  • La primera ecuación queda

    $$ x(x-1)=0 $$
    Por tanto,

    $$ x=0\quad \lor \quad x=1 $$
    El par \((0,0)\) ya fue encontrado, y aparece además:

    $$ (1,0) $$

  • Caso \( x\neq 0 \land y \neq 0 \)

  • En este caso podemos dividir, respectivamente, por \( x \) y por \( y \):

    $$ x+y^2=1 $$
    $$\land$$
    $$ y+x^2=1 $$
    $$\implies$$

    $$ \begin{cases} x+y^2=1,\ y+x^2=1 \end{cases} $$
    Restando ambas ecuaciones:

    $$ x+y^2-y-x^2=0 $$
    Luego,

    $$ x-x^2+y^2-y=0 $$
    Factorizando:

    $$ x(1-x)-y(1-y)=0 $$
    De donde,

    $$ x-x^2+y^2-y =(x-y)(1-x-y) $$
    Por tanto,

    $$ (x-y)(1-x-y)=0 $$
    Surgen dos variantes:

    • Subcaso i) \( x=y \)

    • Sustituyendo en

      $$ x+y^2=1 $$
      Se obtiene:

      $$ x+x^2=1 $$
      Por tanto,

      $$ x^2+x-1=0 $$
      Aplicando la fórmula cuadrática:

      $$ x=\frac{-1\pm\sqrt{5}}{2} $$
      Como \( y=x \), se tienen dos soluciones:

      $$ \left(\frac{-1+\sqrt5}{2}, \frac{-1+\sqrt5}{2}\right) \\ \ \\ \left(\frac{-1-\sqrt5}{2}, \frac{-1-\sqrt5}{2}\right) $$


    • ii) Subcaso \( x+y=1 \)

    • Sustituyendo

      $$ y=1-x $$
      en


      $$ x+y^2=1 $$

    Resulta:

    $$ x+(1-x)^2=1 $$
    Desarrollando:

    $$ x+1-2x+x^2=1 $$

    $$ x^2-x=0. $$
    $$\implies$$

    $$ x(x-1)=0 $$
    Luego,

    $$ x=0\quad \lor \quad x=1 $$

    Pero esto produce solamente

    $$ (0,1) $$
    $$\land$$

    $$ (1,0) $$
    que ya habíamos encontrado.

    Por tanto, todos los pares de números reales que satisfacen el sistema son:

    $$ \bbox[white,8px,border:1px solid #c0c0c0] { \{ (0,0), (0,1), (1,0), \left(\frac{-1+\sqrt5}{2},\frac{-1+\sqrt5}{2}\right), \left(\frac{-1-\sqrt5}{2},\frac{-1-\sqrt5}{2}\right) \} } $$
    En consecuencia, se demuestra que el sistema posee exactamente

    $$ 5\text{ soluciones reales} $$
    La clave de la resolución está en que, para \( x\neq 0 \quad\land\quad y \neq 0 \), las ecuaciones se reducen a

    $$ x+y^2=1,\qquad y+x^2=1 $$
    y su diferencia se factoriza como

    $$ (x-y)(1-x-y)=0 $$
    Esto divide inmediatamente el problema en las dos rectas algebraicas:

    $$ x=y \qquad \lor \qquad x+y=1 $$
    de donde surgen todas las soluciones.

    QED.//





 Problema 4.-

Se colocan sobre una mesa, en una fila, una al lado de la otra y en cualquier orden, diez monedas de 100 pesos y diez monedas de 500 pesos. Demuestre que siempre existen diez monedas consecutivas en la fila entre las cuales hay exactamente cinco monedas de 100 pesos y cinco monedas de 500 pesos"


    Solución

Se representan las monedas de:
  • \(100\) pesos por \(1\)
  • \(500\) pesos por \(0\)

Así, se tien una fila de \( 20 \) posiciones formada por exactamente diez \(1\) y diez \(0\).

Se debe demostrar que existe un bloque de \( 10 \) posiciones consecutivas que contiene exactamente cinco \(1\) y cinco \(0\).

  • i) Considérese todos los bloques de \( 10 \) monedas

  • Sea

    $$ S_i=\text{número de monedas de \(100\) pesos entre las posiciones } \quad i \quad \land \quad i+9 $$
    para

    $$ i=1,2,\ldots,11 $$
    Por ejemplo:

    $$ S_1 $$
    cuenta las monedas de \(100\) pesos entre las posiciones \(1\) y \(10\), mientras que

    $$ S_{11} $$
    cuenta las monedas de \(100\) pesos entre las posiciones \(11\) y \(20\).

    Se observa algo fundamental: los dos primeros y últimos bloques forman toda la fila:

    $$ \{1,\ldots,10\}\cup\{11,\ldots,20\} $$
    $$\implies$$
    $$ S_1+S_{11}=10 $$
    porque en total existen exactamente diez monedas de \(100\) pesos.

    De aquí se sigue que:

    $$ \text{si }S_1=5,\quad \text{ya se terminó.} $$
    Se asume entonces que \(S_1 \neq 5\)

    Nota.- Así, la sucesión de ventanas comienza por encima de \(5\) y termina por debajo de \(5\):

    $$ \underbrace{S_1}_{\gt 5}, S_2,S_3,\ldots,S_{10}, \underbrace{S_{11}}_{ \lt 5}. $$
    Pero cada desplazamiento de la ventana cambia el valor solamente en \(0\), \(+1\) o \(-1\). Por tanto, debe aparecer:

    $$ \bbox[white,8px,border:1px solid #c0c0c0]{S_i=5} $$
    para alguna ventana intermedia.



  • ii) Si el primer bloque tiene más de cinco monedas de \(100\) pesos

  • Se supone, sin pérdida de generalidad, que

    $$ S_1 \gt 5 $$
    Como

    $$ S_1+S_{11}=10 $$
    necesariamente
    $$ S_{11}\lt 5 $$
    Ahora, se pasa desde el primer bloque al siguiente desplazando la ventana una posición cada vez:

    $$ S_1,S_2,S_3,\ldots,S_{11} $$
    Al pasar de un bloque al siguiente, se elimina una moneda y se agrega otra. Por consiguiente,

    $$ S_{i+1}-S_i\in\{-1,0,1\} $$
    Es decir, la cantidad de monedas de \(100\) pesos puede aumentar o disminuir, como máximo, en una unidad.

    Se tiene entonces una sucesión de números enteros que comienza con un número mayor que \(5\):

    $$ S_1 \gt 5 $$
    y termina con un número menor que \(5\):

    $$ S_{11}\lt 5 $$
    Como en cada paso la sucesión cambia a lo más en una unidad, necesariamente debe pasar por el valor \(5\).

    Por lo tanto, existe algún índice \( i \), donde

    $$ 1 \leq i \leq 11 $$
    tal que

    $$ S_i=5 $$
    Pero el bloque correspondiente contiene \(10\) monedas en total. Si exactamente \(5\) son monedas de \(100\) pesos, las otras \(5\) deben ser necesariamente monedas de \(500\) pesos.

    Por tanto, existe un grupo de diez monedas consecutivas formado por

    $$ \large{5\text{ monedas de \(100\) pesos y } 5 \text{ monedas de \(500\) pesos}}. $$

 Conclusión

La demostración se basa en una especie de versión discreta del principio del valor intermedio para números enteros: al deslizar una ventana de diez monedas desde el comienzo hasta el final de la fila, la cantidad de monedas de \(100\) pesos cambia de uno en uno, como máximo. Puesto que al comienzo y al final las cantidades suman \(10\), si no aparece inmediatamente el valor \(5\), necesariamente debe aparecer en algún punto intermedio.

La ventana deslizante es el mecanismo que garantiza que, al cambiar de una posición a otra, el número de monedas de 100 pesos solamente pueda variar en una unidad.

Por eso, la idea central de toda la demostración puede resumirse así:

$$ \bbox[white,8px,border:1px solid #c0c0c0]{ \begin{array}{c} \text{Primera ventana: más de 5 monedas de 100}\\[2mm] \Downarrow\\ \text{La ventana se desplaza y el número cambia a lo más en 1}\\[2mm] \Downarrow\\ \text{Última ventana: menos de 5 monedas de 100}\\[2mm] \Downarrow\\ \boxed{\text{Alguna ventana debe contener exactamente 5}} \end{array}} $$
Como cada ventana contiene exactamente 10 monedas, tener \(5\) monedas de 100 pesos implica automáticamente tener las otras \(5\) monedas de 500 pesos.

$$ \large{\text{Siempre existen diez monedas consecutivas con cinco de cada tipo.}} $$
QED.//