Чтобы решить неравенство \( p^2 + q^2 < 2(3p - q) \), сначала упростим его.
Распишем неравенство:
\[ p^2 + q^2 < 6p - 2q \]
Переместим все члены в левую часть:
\[ p^2 + q^2 + 2q - 6p < 0 \]
Теперь соберем подобные члены:
\[ p^2 - 6p + q^2 + 2q < 0 \]
Чтобы упростить дальнейшее решение, выведем квадратные формы. Начнем с \( p^2 - 6p \):
\[ p^2 - 6p = (p - 3)^2 - 9 \]
Теперь разберем \( q^2 + 2q \):
\[ q^2 + 2q = (q + 1)^2 - 1 \]
Теперь подставим эти выражения обратно в неравенство:
\[ (p - 3)^2 - 9 + (q + 1)^2 - 1 < 0 \]
Упрощая, получаем:
\[ (p - 3)^2 + (q + 1)^2 < 10 \]
Это неравенство описывает круг с центром в точке \((3, -1)\) и радиусом \(\sqrt{10}\).
Теперь нужно определить, сколько целых пар \((p, q)\) удовлетворяют этому неравенству. Для этого мы можем находить целые точки внутри круга.
Рассмотрим ограничения по \(p\) и \(q\):
- Для \(p\): \(3 - \sqrt{10} < p < 3 + \sqrt{10}\)
- Для \(q\): \(-1 - \sqrt{10} < q < -1 + \sqrt{10}\)
Посчитаем приблизительные границы:
- Поскольку \(\sqrt{10} \approx 3.16\), следовательно:
- Для \(p\): \(3 - 3.16 \approx -0.16\) и \(3 + 3.16 \approx 6.16\)
- Для \(q\): \(-1 - 3.16 \approx -4.16\) и \(-1 + 3.16 \approx 2.16\)
Таким образом, значения \(p\) могут принимать целые значения от 0 до 6, что дает 7 возможных значений. Значения \(q\) могут принимать целые значения от -4 до 2, что дает 7 возможных значений.
Теперь нужно перемножить количество значений \(p\) и \(q\):
\[ 7 \text{ (возможные } p\text{)} \times 7 \text{ (возможные } q\text{)} = 49 \]
Однако, поскольку порядок элементов важен и каждая пара \((p, q)\) и \((q, p)\) считается различной, нам нужно умножить на 2 для пар, где \(p \neq q\). Для пар, где \(p = q\), будет 7 таких случаев (0,0), (1,1), ... (6,6), которые мы посчитаем только один раз.
Таким образом, итоговое количество пар (где порядок важен) будет:
\[ 49 \text{ (все пары)} + 7 \text{ (пары где } p = q) = 56 \]
Итак, итоговое количество различных пар \((p, q)\), удовлетворяющих данному неравенству, составляет 56.