Đề thi học sinh giỏi Toán 9 năm 2023 – 2024 sở GD&ĐT Hà Nội

Giới thiệu đến quý thầy, cô giáo và các em học sinh lớp 9 đề thi chọn học sinh giỏi môn Toán năm 2023 – 2024 sở GD&ĐT Hà Nội giúp bạn ôn tập kiến thức, chuẩn bị tốt kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem.

Chủ đề:

Đề thi Toán 9 1.2 K tài liệu

Môn:

Toán 9 2.5 K tài liệu

Thông tin:
6 trang 1 năm trước

Bình luận

Vui lòng đăng nhập hoặc đăng ký để gửi bình luận.

Đề thi học sinh giỏi Toán 9 năm 2023 – 2024 sở GD&ĐT Hà Nội

Giới thiệu đến quý thầy, cô giáo và các em học sinh lớp 9 đề thi chọn học sinh giỏi môn Toán năm 2023 – 2024 sở GD&ĐT Hà Nội giúp bạn ôn tập kiến thức, chuẩn bị tốt kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem.

73 37 lượt tải Tải xuống
LỜI GIẢI ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TOÁN 9
THÀNH PHỐ NỘI 2024
Võ Quốc Cẩn Nguyễn Phước Nguyễn Tiến Dũng Trần Đức Hiếu
Trần Quang Độ Phan Quang Linh Phạm Duy Nguyên Lâm
1. Đề thi
Bài 1 (5.0 điểm). d
a) Giải phương trình
7x C 3 D .2x C 3/
p
x C 3:
b) Cho ba số thực x; y; z thỏa mãn xy CyzCzx D0 và xC2y C3z D0: Tính giá trị của biểu thức
P D x
2
C y
2
C z
2
:
Bài 2 (5.0 điểm). d
a)
Cho ba số nguyên
a; b; c
thỏa mãn
a Cb C c
và
ab C bc C ca
đều chia hết cho
8:
Chứng minh
rằng abc chia hết cho 64:
b)
Chứng minh rằng không tồn tại các số nguyên
x; y
lớn hơn
1
sao cho
.x C y/.y C 1/ 1
chia
hết cho x
2
C xy C 1:
Bài 3 (2.0 điểm). Cho các số thực dương a; b; c thỏa mãn a C b C c D 3abc: Chứng minh rằng
ab
3c C ab C abc
C
bc
3a C bc C abc
C
ca
3b C ca C abc
3
5
:
Bài 4 (6.0 điểm).
Cho tam giác
ABC
nội tiếp đường tn
.O/;
H
trực m. Gọi
O
0
điểm đối
xứng với điểm
O
qua đường thẳng
BC:
Đường thẳng đi qua điểm
H
vuông góc với đường thẳng
HO
0
cắt
c đường thẳng
AB
và
AC
theo th tự tại
M; N:
Gọi
I
m của đường tròn ngoại tiếp tam giác
AMN:
a) Chứng minh rằng O
0
tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BHC:
b) Chứng minh rằng ba điểm A; H; I thẳng hàng.
c)
Gọi
P
giao điểm thứ hai của đường thẳng
AH
và đường tròn
.O/I Q
giao điểm của hai
đường thẳng
OP
và
BC:
Đường tròn ngoại tiếp tam giác
AMN
cắt đường tròn
.O/
tại điểm
thứ hai R: Chứng minh rằng đường thẳng QR song song với đường thẳng OI:
Bài 5 (2.0 điểm). d
a) Tìm tất cả các số nguyên dương a; b; c thỏa mãn
a
4
C 6a
2
C 2
b
D c
2
:
b)
Xét số nguyên
n > 100
thỏa mãn tồn tại tập hợp
S
gồm
n
số thực dương sao cho với mỗi phần tử
x
của tập
S
đều tồn tại
100
phần tử khác
x
của tập
S
tích bằng
x:
Hỏi,
n
nhỏ nhất bằng nhiêu?
1
2 Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Nội 2024
2. Lời giải bình luận các bài toán
Bài 1 (5.0 điểm). d
a) Giải phương trình
7x C 3 D .2x C 3/
p
x C 3:
b)
Cho ba số thực
x; y; z
thỏa n
xyCyzCzx D0
và
xC2yC3z D0:
Tính g trị của biểu thức
P D x
2
C y
2
C z
2
:
Lời giải. a)
Điều kiện:
x 3:
T phương tr ình, ta
.7x C 3/
2
D .2x C 3/
2
.x C 3/;
hay
.x 1/.x 6/.4x C 3/ D 0:
T đó
x 2
˚
1; 6;
3
4
:
Tuy nhiên, khi thử lại, chỉ
x D 1
và
x D 6
thỏa mãn. Vy, tập nghiệm của phương trình S D f1; 6g:
b)
Do
x C2y C3z D 0
nên
x D 2y 3z:
xy Cyz Czx D 0
nên
.y Cz/.2y C3z/ Cyz D 0;
hay
2y
2
C4yz C3z
2
D 0:
Một cách tương đương, ta
2.y Cz/
2
Cz
2
D 0:
Suy ra
y Cz D z D 0;
tức y D z D 0: T đó x D 0: Vy P D x
2
C y
2
C z
2
D 0:
Bài 2 (5.0 điểm). d
a)
Cho ba số nguyên
a; b; c
thỏa mãn
a C b C c
và
ab C bc C ca
đều chia hết cho
8:
Chứng
minh rằng abc chia hết cho 64:
b)
Chứng minh rằng không tồn tại các số nguyên
x; y
lớn hơn
1
sao cho
.x C y/.y C 1/ 1
chia hết cho x
2
C xy C 1:
Lời giải. a)
Trong ba s
a; b; c
hai s ng tính chn l. Không mt tính tổng qu át, gi s là
a
b;
suy ra
a C b
chia hế t cho
2:
a C b C c
chia hế t cho
8
n
c
chn. T đó
c.a C b/
chia hế t
cho
4:
ab C bc C ca
chia h ết ch o
8
n
ab
chia h ết ch o
4:
Kế t hợp với
a; b
ng tính chn l,
ta suy ra a; b ng chn.
Đặt
a D 2x; b D 2y; c D 2z
với
x; y; z
nguyên. T giả thiết, ta suy ra
x C y C z
chia hết cho
4
và
xy C yz C zx
chia hết cho
2:
Chứng minh tương tự như trên, ta
x; y; z
cùng chẵn. Suy ra
a; b; c
cùng chia hết cho 4: T đó abc chia hết cho 64: Ta điều phải chứng minh.
b)
Giả sử tồn tại hai số nguyên
x; y
lớn hơn
1
sao cho
.x C y/.y C 1/ 1
chia hết cho
x
2
C xy C 1:
Khi đó
.x C y/.y C 1/ 1 C .x
2
C xy C 1/ D .x C y/.x C y C 1/
chia hết cho
x
2
C xy C 1:
x C y
và
x
2
C xy C 1
nguyên tố cùng nhau nên
x C y C 1
chia hết cho
x
2
C xy C 1;
mâu
thuẫn
x
2
C xy C 1 > x C y C 1 > 0:
Vy, không tồn tại hai số nguyên
x; y
lớn hơn
1
sao cho
.x C y/.y C 1/ 1 chia hết cho x
2
C xy C 1:
Bài 3 (2.0 điểm).
Cho các số thực dương
a; b; c
thỏa mãn
a Cb C c D 3abc:
Chứng minh rằng
ab
3c C ab C abc
C
bc
3a C bc C abc
C
ca
3b C ca C abc
3
5
:
Lời giải.
Đặt
x D
1
a
; y D
1
b
và
z D
1
c
;
khi đó từ giả thiết, ta
xy C yz C zx D 3:
Bất đẳng thức
cần chứng minh thể viết được lại thành
x
x C 3yz C 1
C
y
y C 3zx C 1
C
z
z C 3xy C 1
3
5
: .1/
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Nội 2024 3
Sử dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz, ta
VT
.1/
D
x
2
x
2
C 3xyz C x
C
y
2
y
2
C 3xyz C y
C
z
2
z
2
C 3xyz C z
.x C y C z/
2
x
2
C y
2
C z
2
C 9xyz C x C y C z
:
Mặt khác, theo bất đẳng thức AM-GM, ta lại
.x C y C z/.xy C yz C zx/ 3
3
p
xyz 3
3
p
x
2
y
2
z
2
D 9xyz:
Suy ra 3xyz x C y C z: Ta cũng 3 D xy C yz C zx 3
3
p
x
2
y
2
z
2
nên xyz 1; từ đó
9xyz D 6xyz C 3xyz 6 C x C y C z D 2.xy C yz C zx/ C x C y C z:
Kết hợp với bất đẳng thức trên, ta được
VT
.1/
.x C y C z/
2
.x C y C z/
2
C 2.x C y C z/
D
x C y C z
x C y C z C 2
:
Lại
.x Cy Cz/
2
3.xy Cyz Czx/ D
1
2
.x y/
2
C.y z/
2
C.z x/
2
0
nên
x Cy Cz 3:
Kết hợp với bất đẳng thức trên, ta được
VT
.1/
x C Y C z
x C y C z C
2
3
.x C y C z/
D
3
5
:
Ta điều phải chứng minh. Dấu đẳng thức xảy ra khi chỉ khi a D b D c D 1:
Bài 4 (6.0 điểm).
Cho tam giác
ABC
nội tiếp đường t ròn
.O/;
H
trc tâm. Gọi
O
0
đim đi xng với đi m
O
qua đường thng
BC:
Đưng thng đi qua điểm
H
vuông c với
đưng thng
HO
0
cắt c đưng thng
AB
AC
theo th t tại
M; N:
Gọi
I
tâm của đư ng
tròn ngoi tiế p tam giác AMN:
a) Chứng minh rằng O
0
tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BHC:
b) Chứng minh rằng ba điểm A; H; I thẳng hàng.
c)
Gọi
P
giao điểm thứ hai của đường thẳng
AH
và đường tròn
.O/I Q
giao điểm của
hai đường thẳng
OP
và
BC:
Đường tròn ngoại tiếp tam giác
AMN
cắt đường tròn
.O/
tại
điểm thứ hai R: Chứng minh rằng đường thẳng QR song song với đường thẳng OI:
Lời giải. a)
Kẻ đường kính
AK
của đường tròn
.O/:
Khi đó, ta
ABK D ACK D 90
ı
;
nên
BK k C H
và
CK k BH:
T đó, tứ giác
BHCK
hình bình hành, suy ra hai đoạn thẳng
BC
và
HK
chung trung điểm
T:
Do điểm
O
0
đối xứng với điểm
O
qua đường thẳng
BC
nên
đường thẳng
OO
0
vuông góc với đường thẳng
BC;
suy ra
OO
0
đường trung trực của đoạn thẳng
BC:
BC
đường trung trực của đoạn thẳng
OO
0
nên tứ giác
BOCO
0
hình thoi. Suy ra
O
0
B D O
0
C D OB D OC D R:
Lại
T
trung điểm của hai đoạn thẳng
HK
và
OO
0
nên tứ giác
OHO
0
K
hình bình hành. Suy
ra
O
0
H D OK D R:
T đây, ta
O
0
B D O
0
C D O
0
H D R;
suy ra
O
0
tâm của đường tròn ngoại
tiếp tam giác BHC:
4 Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Nội 2024
K
S
Q
P
R
I
N
M
O'
F
E
D
T
O
A
B
C
b)
Dễ dàng chứng minh được bổ đề sau: Cho tam giác
ABC
nhọn, không cân, đường cao
AD;
nội
tiếp đường tròn .O/: Khi đó AOC D 2ABC OAC D 90
ı
ABC D BAD:
Trở lại bài toán: Do
AO k HO
0
(vì
OK k HO
0
)
MN ? HO
0
nên
AO ? MN:
IA DIM DIN
nên theo bổ đề thì NAO D 90
ı
ANM D IAM:
Lại áp dụng bổ đề, ta
OAC D 90
ı
ABC D BAD:
Suy ra
ANM D ABC
và
BAD D IAM: Do đó hai tia AI và AD trùng nhau, suy ra ba điểm A; I; H thẳng hàng.
c)
Gọi
AS
đường kính của đường tròn
.I /;
khi đó
AMS D ANS D ARS D 90
ı
:
Lại
ARK D 90
ı
nên ba điểm R; S; K thẳng hàng.
Ta
APK D 90
ı
nên
PK k DT:
T
trung điểm của đoạn thẳng
HK
nên
D
trung điểm
của đoạn thẳng HP: Suy ra QHP D QPH D OPA D OAP; từ đó HQ k AO:
Ta
ABC D90
ı
BCF DCHD DCPD:
ABC DANM
nên
CPD D ANM;
suy ra 4ANH 4AP C (g-g). T đó 4ANP 4AHC (c-g-c), suy ra
APN D ACH D 90
ı
BAC D INM (theo bổ đề trên).
T đó
4INH 4IPN
(g-g), suy ra
IH IP D I N
2
D IS IA:
T đó
IS
IP
D
IH
IA
D
IH CIA
IP CIA
D
AH
AP
;
HQ k AO
nên
AH
AP
D
OQ
OP
:
Suy ra
IS
IP
D
OQ
OP
;
từ đó
QS k OI:
OI k S K
(theo tính chất
đường trung bình) nên ba điểm
S; Q; K
thẳng hàng, ba điểm
R; S; K
thẳng hàng nên bốn điểm
R; S; Q; K thẳng hàng. Suy ra QR k OI:
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Nội 2024 5
Bài 5 (2.0 điểm). d
a) Tìm tất cả các số nguyên dương a; b; c thỏa mãn
a
4
C 6a
2
C 2
b
D c
2
:
b)
Xét s nguyên
n > 100
tha mãn tồn tại tập hp
S
gồm
n
số t hc ơng sao c ho với mi
phn t
x
của tập
S
đều tồn ti
100
phn t khác
x
của tập
S
c h bằng
x:
Hỏi,
n
nh
nht bng nhiê u?
Lời giải. a) Đặt a D 2
k
t với k tự nhiên t số nguyên dương lẻ. Xét các trường hợp sau.
Trường hợp 1: b
chẵn. Nếu
k D 0;
thì
a
lẻ, suy ra
a
2
1 .mod 4/:
Lúc y
c
2
D a
4
C 6a
2
C 2
b
chia 4 3; mâu thuẫn số khi chia một số chính phương cho 4 phải 0 hoặc 1: Do đó k > 0:
Nếu
b > 2k C1;
thì ta
a
4
C6a
2
C2
b
D 2
4k
t
4
C32
2kC1
t
2
C2
b
D 2
2kC1
.2
2k1
t
4
C3t
2
C2
b2k1
/
chia hết cho
2
2kC1
nhưng không chia hết cho
2
2kC2
:
Do đó
a
4
C 6a
2
C 2
b
không thể số chính
phương, mâu thuẫn. Như vậy, ta phải b 2k C 1: b số chẵn nên b < 2k C 1:
Đặt b D 2n với n nguyên dương n k: T giả thiết, ta
A D
c
2
2
2n
D 2
4k2n
t
4
C 3 2
2k2nC1
t
2
C 1
số chính phương. Ta A > 2
4k2n
t
4
D .2
2kn
t
2
/
2
: Lại
A < 2
4k2n
t
4
C 3 2
2knC1
t
2
C 9 D .2
2kn
t
2
C 3/
2
:
A
số chính phương lẻ nên
A D .2
2kn
t
2
C1/
2
;
hay
3 2
2k2nC1
t
2
D 2
2knC1
t
2
:
Nói cách khác,
ta phải 3 D 2
n
; mâu thuẫn.
Trường hợp 2: b lẻ. Giả sử k > 0: Nếu b > 2k C 1 thì ta
a
4
C 6a
2
C 2
b
D 2
4k
t
4
C 3 2
2kC1
t
2
C 2
b
D 2
2kC1
.2
2k1
t
4
C 3t
2
C 2
b2k1
/
chia hết cho
2
2kC1
nhưng không chia hết cho
2
2kC2
:
Do đó
a
4
C 6a
2
C 2
b
không thể số chính
phương, mâu thuẫn. Như vậy, ta phải b 2k C 1:
Ngoài ra, nếu
b < 2k C1
thì ta
a
4
C6a
2
C2
b
D 2
b
.2
4kb
t
4
C3 2
2kC1b
t
2
C1/
chia hết cho
2
b
nhưng không chia hết cho
2
bC1
:
Do đó
a
4
C 6a
2
C 2
b
không thể số chính phương, mâu thuẫn.
thế b D 2k C 1: Lúc này, ta
c
2
D 2
4k
t
4
C 3 2
2kC1
t
2
C 2
2kC1
D 2
2k
.2
2k
t
4
C 6t
2
C 2/:
Suy ra B D 2
2k
t
4
C 6t
2
C 2 số chính phương. Ta B > 2
2k
t
4
D .2
k
t
2
/
2
và
B < 2
2k
t
4
C 6 2
k
t
2
C 9 D .2
k
t
2
C 3/
2
:
B
số chính phương chẵn nên
B D .2
k
t
2
C2/
2
;
hay
3t
2
D 2
kC1
t
2
C1:
Suy ra
1
chia hết cho
t
2
;
tức t D 1: T đó, ta dễ dàng tìm được k D 0; mâu thuẫn.
T mâu thuẫn trên, ta suy ra k D 0: Do đó
c
2
D t
4
C 6t
2
C 2
b
: .1/
6 Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Nội 2024
Nếu
b 3
thì
t
4
C6t
2
C2
b
chia
8
7;
mâu thuẫn một số chính phương chia
8
0; 1
hoặc
4:
Do
đó b D 1: Thay vào .1/; ta được
c
2
D t
4
C 6t
2
C 2: .2/
t
4
C 6t
2
C 2 > t
4
C 2t
2
C 1 D .t
2
C 1/
2
và
t
4
C 6t
2
C 2 < t
4
C 6t
2
C 9 D .t
2
C 3/
2
nên
.t
2
C 1/
2
< c
2
< .t
2
C 3/
2
:
Suy ra
c
2
D .t
2
C 2/
2
:
Thay vào phương trình
.2/;
ta được
t D 1
(một
cách tương ứng, ta
a D 1
). T đó
c D 3:
Vy, duy nhất một bộ số
.a; b; c/
cần tìm
.1; 1; 3/:
b)
Ta sẽ chứng minh
n D 104
giá trị nhỏ nhất thỏa mãn. Rõ ràng
n 101:
Gọi
x
1
< < x
n
n
phần tử của tập hợp S: Đặt P D x
1
x
2
x
n
: Xét các trường hợp sau.
Trường hợp 1: n D 101:
Lúc y, ứng với mỗi
x
i
thì tích của
100
phần tử còn lại trong
S
phải bằng
x
i
: Suy ra P D x
2
1
D x
2
2
D D x
2
n
; vô lý.
Trường hợp 2: n D 102:
Lúc y, giả sử
x
1
D x
i
1
x
i
2
x
i
100
với
1 < i
1
< i
2
< < i
100
;
thì trong
S còn một phần tử y nữa và P D y x
1
x
i
1
x
i
2
x
i
100
D x
2
1
y x
2
1
x
102
:
Lại giả sử
x
102
D x
j
1
x
j
2
x
j
100
với
j
1
< j
2
< < j
100
< 102
thì
P D x
2
102
z
với
z 2 S
nào đó.
Suy ra P x
2
102
x
1
. Vy x
2
102
x
1
x
2
1
x
102
nên x
102
x
1
; vô lý.
Trường hợp 3: n D 103:
Lý luận tương tự như trên, ta cũng
P D x
2
1
yz
với
y < z
và
y; z 2 S
nào đó nên
P x
2
1
x
102
x
103
I
và
P D x
2
103
uv
với
u < v
và
u; v 2 S
nào đó, nên
P x
2
103
x
1
x
2
:
Suy
ra x
2
103
x
1
x
2
x
2
1
x
102
x
103
; hay x
103
x
2
x
102
x
1
; vô lý x
103
> x
102
> 0 x
2
> x
1
> 0:
y giờ, ta sẽ chứng minh n D 104 thỏa mãn yêu cầu bài toán. Chọn
S D f2
52
; 2
51
; : : : ; 2
1
g [ f2
1
; 2
2
; : : : ; 2
51
; 2
52
g:
Lúc đó, tích các phần tử của
S
1;
và với mỗi
x 2 S
ta cần chỉ ra tồn tại
a < b < c 2 S
đều khác
x
sao cho
x
2
abc D 1
thì lúc đó
100
phần tử còn lại của
S
sẽ tích bằng
x:
Xét
x D 2
k
với
k 1;
trường hợp k 1 được chứng minh tương tự.
Nếu k 3 thì chọn a D 2
1
; b D 2
1k
; c D 2
k
thì x
2
abc D 1:
Nếu k D 2 thì chọn a D 2
4
; b D 2
1
; c D 2
1
thỏa mãn.
Nếu k D 1 thì chọn a D 2
2
; b D 2
3
; c D 2
3
thỏa mãn.
Vy n D 104 thỏa mãn. Ta điều phải chứng minh.
| 1/6

Preview text:

LỜI GIẢI ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TOÁN 9
THÀNH PHỐ HÀ NỘI 2024
Võ Quốc Bá Cẩn – Nguyễn Lê Phước – Nguyễn Tiến Dũng – Trần Đức Hiếu
Trần Quang Độ – Phan Quang Linh – Phạm Duy Nguyên Lâm 1. Đề thi Bài 1 (5.0 điểm). d a) Giải phương trình p 7x C 3 D .2x C 3/ x C 3:
b) Cho ba số thực x; y; z thỏa mãn xy CyzCzx D 0 và xC2y C3z D 0: Tính giá trị của biểu thức P D x2 C y2 C z2: Bài 2 (5.0 điểm). d
a) Cho ba số nguyên a; b; c thỏa mãn a C b C c và ab C bc C ca đều chia hết cho 8: Chứng minh rằng abc chia hết cho 64:
b) Chứng minh rằng không tồn tại các số nguyên x; y lớn hơn 1 sao cho .x C y/.y C 1/ 1 chia hết cho x2 C xy C 1:
Bài 3 (2.0 điểm). Cho các số thực dương a; b; c thỏa mãn a C b C c D 3abc: Chứng minh rằng ab bc ca 3 C C : 3c C ab C abc 3a C bc C abc 3b C ca C abc 5
Bài 4 (6.0 điểm). Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn .O/; có H là trực tâm. Gọi O0 là điểm đối
xứng với điểm O qua đường thẳng BC: Đường thẳng đi qua điểm H vuông góc với đường thẳng HO0 cắt
các đường thẳng AB và AC theo thứ tự tại M; N: Gọi I là tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác AMN:
a) Chứng minh rằng O0 là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BH C:
b) Chứng minh rằng ba điểm A; H; I thẳng hàng.
c) Gọi P là giao điểm thứ hai của đường thẳng AH và đường tròn .O/I Q là giao điểm của hai
đường thẳng OP và BC: Đường tròn ngoại tiếp tam giác AMN cắt đường tròn .O/ tại điểm
thứ hai R: Chứng minh rằng đường thẳng QR song song với đường thẳng OI: Bài 5 (2.0 điểm). d
a) Tìm tất cả các số nguyên dương a; b; c thỏa mãn a4 C 6a2 C 2b D c2:
b) Xét số nguyên n > 100 thỏa mãn tồn tại tập hợp S gồm n số thực dương sao cho với mỗi phần tử
x của tập S đều tồn tại 100 phần tử khác x của tập S có tích bằng x: Hỏi, n nhỏ nhất bằng nhiêu? 1 2
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Hà Nội 2024
2. Lời giải và bình luận các bài toán Bài 1 (5.0 điểm). d a) Giải phương trình p 7x C 3 D .2x C 3/ x C 3:
b) Cho ba số thực x; y; z thỏa mãn xyCyzCzx D 0 và xC2yC3z D 0: Tính giá trị của biểu thức P D x2 C y2 C z2:
Lời giải. a) Điều kiện: x
3: Từ phương trình, ta có .7x C 3/2 D .2x C 3/2.x C 3/; hay .x 1/.x
6/.4x C 3/ D 0: Từ đó x 2 ˚1; 6;
3 : Tuy nhiên, khi thử lại, chỉ có x D 1 và x D 6 4
thỏa mãn. Vậy, tập nghiệm của phương trình là S D f1; 6g:
b) Do x C 2y C 3z D 0 nên x D 2y 3z: Mà xy C yz C zx D 0 nên .y C z/.2y C 3z/ C yz D 0;
hay 2y2 C 4yz C 3z2 D 0: Một cách tương đương, ta có 2.y C z/2 C z2 D 0: Suy ra y C z D z D 0;
tức y D z D 0: Từ đó x D 0: Vậy P D x2 C y2 C z2 D 0: Bài 2 (5.0 điểm). d
a) Cho ba số nguyên a; b; c thỏa mãn a C b C c và ab C bc C ca đều chia hết cho 8: Chứng
minh rằng abc chia hết cho 64:
b) Chứng minh rằng không tồn tại các số nguyên x; y lớn hơn 1 sao cho .x C y/.y C 1/ 1 chia hết cho x2 C xy C 1:
Lời giải. a) Trong ba số a; b; c có hai số cùng tính chẵn lẻ. Không mất tính tổng quát, giả sử là a
và b; suy ra a C b chia hết cho 2: Mà a C b C c chia hết cho 8 nên c chẵn. Từ đó c.a C b/ chia hết
cho 4: Mà ab C bc C ca chia hết cho 8 nên ab chia hết cho 4: Kết hợp với a; b cùng tính chẵn lẻ, ta suy ra a; b cùng chẵn.
Đặt a D 2x; b D 2y; c D 2z với x; y; z nguyên. Từ giả thiết, ta suy ra x C y C z chia hết cho 4 và
xy C yz C zx chia hết cho 2: Chứng minh tương tự như trên, ta có x; y; z cùng chẵn. Suy ra a; b; c
cùng chia hết cho 4: Từ đó abc chia hết cho 64: Ta có điều phải chứng minh.
b) Giả sử tồn tại hai số nguyên x; y lớn hơn 1 sao cho .x C y/.y C 1/ 1 chia hết cho x2 C xy C 1: Khi đó .x C y/.y C 1/
1 C .x2 C xy C 1/ D .x C y/.x C y C 1/ chia hết cho x2 C xy C 1:
Mà x C y và x2 C xy C 1 nguyên tố cùng nhau nên x C y C 1 chia hết cho x2 C xy C 1; mâu
thuẫn vì x2 C xy C 1 > x C y C 1 > 0: Vậy, không tồn tại hai số nguyên x; y lớn hơn 1 sao cho .x C y/.y C 1/ 1 chia hết cho x2 C xy C 1:
Bài 3 (2.0 điểm). Cho các số thực dương a; b; c thỏa mãn a C b C c D 3abc: Chứng minh rằng ab bc ca 3 C C : 3c C ab C abc 3a C bc C abc 3b C ca C abc 5
Lời giải. Đặt x D 1 ; y D 1 và z D 1; khi đó từ giả thiết, ta có xy C yz C zx D 3: Bất đẳng thức a b c
cần chứng minh có thể viết được lại thành x y z 3 C C : .1/ x C 3yz C 1 y C 3zx C 1 z C 3xy C 1 5
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Hà Nội 2024 3
Sử dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz, ta có x2 y2 z2 VT.1/ D C C x2 C 3xyz C x y2 C 3xyz C y z2 C 3xyz C z .x C y C z/2 :
x2 C y2 C z2 C 9xyz C x C y C z
Mặt khác, theo bất đẳng thức AM-GM, ta lại có p
.x C y C z/.xy C yz C zx/ 3 3 xyz 3 3 px2y2z2 D 9xyz:
Suy ra 3xyz x C y C z: Ta cũng có 3 D xy C yz C zx 3 3 px2y2z2 nên xyz 1; từ đó
9xyz D 6xyz C 3xyz 6 C x C y C z D 2.xy C yz C zx/ C x C y C z:
Kết hợp với bất đẳng thức trên, ta được .x C y C z/2 x C y C z VT.1/ D : .x C y C z/2 C 2.x C y C z/ x C y C z C 2
Lại có .x C y C z/2 3.xy C yz C zx/ D 1.x
y/2 C .y z/2 C .z x/2 0 nên x C y C z 3: 2
Kết hợp với bất đẳng thức ở trên, ta được x C Y C z 3 VT.1/ D : x C y C z C 2.x C y C z/ 5 3
Ta có điều phải chứng minh. Dấu đẳng thức xảy ra khi và chỉ khi a D b D c D 1:
Bài 4 (6.0 điểm). Cho tam giác ABC nội tiếp đường tròn .O/; có H là trực tâm. Gọi O0 là
điểm đối xứng với điểm O qua đường thẳng BC: Đường thẳng đi qua điểm H vuông góc với
đường thẳng HO0 cắt các đường thẳng AB và AC theo thứ tự tại M; N: Gọi I là tâm của đường
tròn ngoại tiếp tam giác AMN:
a) Chứng minh rằng O0 là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác BH C:
b) Chứng minh rằng ba điểm A; H; I thẳng hàng.
c) Gọi P là giao điểm thứ hai của đường thẳng AH và đường tròn .O/I Q là giao điểm của
hai đường thẳng OP và BC: Đường tròn ngoại tiếp tam giác AMN cắt đường tròn .O/ tại
điểm thứ hai R: Chứng minh rằng đường thẳng QR song song với đường thẳng OI:
Lời giải. a) Kẻ đường kính AK của đường tròn .O/: Khi đó, ta có ∠ABK D ∠ACK D 90ı;
nên BK k CH và CK k BH: Từ đó, tứ giác BH CK là hình bình hành, suy ra hai đoạn thẳng
BC và HK có chung trung điểm T: Do điểm O0 đối xứng với điểm O qua đường thẳng BC nên
đường thẳng OO0 vuông góc với đường thẳng BC; suy ra OO0 là đường trung trực của đoạn thẳng
BC: Mà BC là đường trung trực của đoạn thẳng OO0 nên tứ giác BOCO0 là hình thoi. Suy ra O0B D O0C D OB D OC D R:
Lại có T là trung điểm của hai đoạn thẳng HK và OO0 nên tứ giác OHO0K là hình bình hành. Suy
ra O0H D OK D R: Từ đây, ta có O0B D O0C D O0H D R; suy ra O0 là tâm của đường tròn ngoại tiếp tam giác BH C: 4
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Hà Nội 2024 A E R I N F H O M S Q T B D C P K O'
b) Dễ dàng chứng minh được bổ đề sau: Cho tam giác ABC nhọn, không cân, có đường cao AD; nội
tiếp đường tròn
.O/: Khi đó ∠AOC D 2∠ABC ∠OAC D 90ı ∠ABC D ∠BAD:
Trở lại bài toán: Do AO k HO0 (vì OK k HO0) và MN ? HO0 nên AO ? MN: Mà IA D IM D I N
nên theo bổ đề thì ∠NAO D 90ı ∠ANM D ∠IAM:
Lại áp dụng bổ đề, ta có ∠OAC D 90ı
∠ABC D ∠BAD: Suy ra ∠ANM D ∠ABC và
∠BAD D IAM: Do đó hai tia AI và AD trùng nhau, suy ra ba điểm A; I; H thẳng hàng.
c) Gọi AS là đường kính của đường tròn .I /; khi đó ∠AMS D ∠ANS D ∠ARS D 90ı: Lại có
∠ARK D 90ı nên ba điểm R; S; K thẳng hàng.
Ta có ∠APK D 90ı nên PK k DT: Mà T là trung điểm của đoạn thẳng HK nên D là trung điểm
của đoạn thẳng HP: Suy ra ∠QHP D ∠QPH D ∠OPA D ∠OAP; từ đó HQ k AO:
Ta có ∠ABC D 90ı ∠BCF D ∠CHD D ∠CPD: Mà ∠ABC D ∠ANM nên ∠CPD D ∠ANM;
suy ra 4ANH 4AP C (g-g). Từ đó 4ANP 4AH C (c-g-c), suy ra ∠APN D ∠ACH D 90ı
∠BAC D ∠I NM (theo bổ đề trên).
Từ đó 4I NH 4IPN (g-g), suy ra IH IP D I N 2 D IS IA: Từ đó IS D IH D IHCIA D AH ; IP IA IP CIA AP
mà HQ k AO nên AH D OQ : Suy ra IS D OQ ; từ đó QS k OI: Mà OI k SK (theo tính chất AP OP IP OP
đường trung bình) nên ba điểm S; Q; K thẳng hàng, mà ba điểm R; S; K thẳng hàng nên bốn điểm
R; S; Q; K thẳng hàng. Suy ra QR k OI:
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Hà Nội 2024 5 Bài 5 (2.0 điểm). d
a) Tìm tất cả các số nguyên dương a; b; c thỏa mãn a4 C 6a2 C 2b D c2:
b) Xét số nguyên n > 100 thỏa mãn tồn tại tập hợp S gồm n số thực dương sao cho với mỗi
phần tử x của tập S đều tồn tại 100 phần tử khác x của tập S có tích bằng x: Hỏi, n nhỏ nhất bằng nhiêu?
Lời giải. a) Đặt a D 2kt với k tự nhiên và t là số nguyên dương lẻ. Xét các trường hợp sau.
Trường hợp 1: b chẵn. Nếu k D 0; thì a lẻ, suy ra a2 1 .mod 4/: Lúc này c2 D a4 C 6a2 C 2b
chia 4 dư 3; mâu thuẫn vì số dư khi chia một số chính phương cho 4 phải là 0 hoặc 1: Do đó k > 0:
Nếu b > 2k C1; thì ta có a4 C6a2 C2b D 24kt4 C322kC1t2 C2b D 22kC1.22k 1t4 C3t2 C2b 2k 1/
chia hết cho 22kC1 nhưng không chia hết cho 22kC2: Do đó a4 C 6a2 C 2b không thể là số chính
phương, mâu thuẫn. Như vậy, ta phải có b 2k C 1: Mà b là số chẵn nên b < 2k C 1:
Đặt b D 2n với n nguyên dương và n k: Từ giả thiết, ta có c2 A D D 24k 2nt4 C 3 22k 2nC1t2 C 1 22n
là số chính phương. Ta có A > 24k 2nt 4 D .22k nt2/2: Lại có
A < 24k 2nt 4 C 3 22k nC1t2 C 9 D .22k nt2 C 3/2:
Mà A là số chính phương lẻ nên A D .22k nt2 C 1/2; hay 3 22k 2nC1t2 D 22k nC1t2: Nói cách khác,
ta phải có 3 D 2n; mâu thuẫn.
Trường hợp 2: b lẻ. Giả sử k > 0: Nếu b > 2k C 1 thì ta có
a4 C 6a2 C 2b D 24kt4 C 3 22kC1t2 C 2b D 22kC1.22k 1t4 C 3t2 C 2b 2k 1/
chia hết cho 22kC1 nhưng không chia hết cho 22kC2: Do đó a4 C 6a2 C 2b không thể là số chính
phương, mâu thuẫn. Như vậy, ta phải có b 2k C 1:
Ngoài ra, nếu b < 2k C 1 thì ta có a4 C 6a2 C 2b D 2b.24k bt4 C 3 22kC1 bt2 C 1/ chia hết cho 2b
nhưng không chia hết cho 2bC1: Do đó a4 C 6a2 C 2b không thể là số chính phương, mâu thuẫn. Vì
thế b D 2k C 1: Lúc này, ta có
c2 D 24kt4 C 3 22kC1t2 C 22kC1 D 22k.22kt4 C 6t2 C 2/:
Suy ra B D 22kt4 C 6t2 C 2 là số chính phương. Ta có B > 22kt4 D .2kt2/2 và
B < 22kt 4 C 6 2kt2 C 9 D .2kt2 C 3/2:
Mà B là số chính phương chẵn nên B D .2kt2 C 2/2; hay 3t2 D 2kC1t2 C 1: Suy ra 1 chia hết cho t2;
tức t D 1: Từ đó, ta dễ dàng tìm được k D 0; mâu thuẫn.
Từ mâu thuẫn trên, ta suy ra k D 0: Do đó c2 D t4 C 6t2 C 2b: .1/ 6
Lời giải đề thi học sinh giỏi Toán 9 thành phố Hà Nội 2024
Nếu b 3 thì t4 C 6t2 C 2b chia 8 dư 7; mâu thuẫn vì một số chính phương chia 8 dư 0; 1 hoặc 4: Do
đó b D 1: Thay vào .1/; ta được c2 D t4 C 6t2 C 2: .2/
Vì t 4 C 6t2 C 2 > t4 C 2t2 C 1 D .t2 C 1/2 và t4 C 6t2 C 2 < t4 C 6t2 C 9 D .t2 C 3/2 nên
.t 2 C 1/2 < c2 < .t2 C 3/2: Suy ra c2 D .t2 C 2/2: Thay vào phương trình .2/; ta được t D 1 (một
cách tương ứng, ta có a D 1). Từ đó c D 3: Vậy, có duy nhất một bộ số .a; b; c/ cần tìm là .1; 1; 3/:
b) Ta sẽ chứng minh n D 104 là giá trị nhỏ nhất thỏa mãn. Rõ ràng n 101: Gọi x1 < < xn là n
phần tử của tập hợp S: Đặt P D x1x2 xn: Xét các trường hợp sau.
Trường hợp 1: n D 101: Lúc này, ứng với mỗi xi thì tích của 100 phần tử còn lại trong S phải bằng xi : Suy ra P D x2 ; 1 D x2 2 D D x2 n vô lý.
Trường hợp 2: n D 102: Lúc này, giả sử x1 D xi x x với 1 < i 1 i2 i100
1 < i2 < < i100; thì trong
S còn một phần tử y nữa và P D y x1 xi x x D x2 x 1 i2 i100 1 y x2 1 102: Lại giả sử x102 D xj x x với j 1 j2 j100
1 < j2 < < j100 < 102 thì P D x2 102 z với z 2 S nào đó. Suy ra P x2 x x x 102 1. Vậy x2 102 1 x2 1 102 nên x102 x1; vô lý.
Trường hợp 3: n D 103: Lý luận tương tự như trên, ta cũng có P D x21 yz với y < z và y; z 2 S nào đó nên P x2x uv x 1 102x103I và P D x2 103
với u < v và u; v 2 S nào đó, nên P x2103 1x2: Suy ra x2 x x 103 1x2 x2 1
102x103; hay x103x2 x102x1; vô lý vì x103 > x102 > 0 và x2 > x1 > 0:
Bây giờ, ta sẽ chứng minh n D 104 thỏa mãn yêu cầu bài toán. Chọn
S D f2 52; 2 51; : : : ; 2 1g [ f21; 22; : : : ; 251; 252g:
Lúc đó, tích các phần tử của S là 1; và với mỗi x 2 S ta cần chỉ ra tồn tại a < b < c 2 S đều khác
x sao cho x2abc D 1 thì lúc đó 100 phần tử còn lại của S sẽ có tích bằng x: Xét x D 2k với k 1;
trường hợp k 1 được chứng minh tương tự.
Nếu k 3 thì chọn a D 2 1; b D 21 k; c D 2 k thì x2abc D 1:
Nếu k D 2 thì chọn a D 2 4; b D 21; c D 2 1 thỏa mãn.
Nếu k D 1 thì chọn a D 2 2; b D 23; c D 2 3 thỏa mãn.
Vậy n D 104 thỏa mãn. Ta có điều phải chứng minh.
Document Outline

  • Lời giải đề thi học sinh giỏi thành phố lớp 9 thành phố Hà Nội 2024
    • Đề thi
    • Lời giải và bình luận các bài toán