Bài 1. Cho $a, b, c \geq 0$ thỏa $a^2+b^2+c^2=1$. Tìm giá trị lớn nhất và giả trị nhỏ nhất của biểu thức $P=a b+b c+c a-2(a+b+c)$.
Bài 2. Cho $k, n \in Z^{+}$, có bao nhiêu đơn ánh từ $\{1, 2, \cdots, 2k+1\} \to \{1, 2, \cdots, 2n\}$ thỏa $f(1) < f(2) < \ldots < f(k) < f(k+1) > f(k+2)>\ldots> f(2 k)>f(2 k+1)$ và $f(k+1) \neq 2 n-2$.
Bài 3. Cho $n$ là số nguyên dương, kí hiệu $a(n)=1+2+\ldots+n$ và $b(n)=1^2+2^2+\ldots+n^2$. Hỏi có tồn tại số $n$ sao cho $2(n+1) a(n)+3 b(n)-1$ là số chính phương?
Bài 4. Cho tam giác $A B C$ có $2 A=5 B=10 C$. Phân giác trong $B D$ cẳt trung tuyển $C M$ tại I. Một đường thẳng $d$ đi qua $D$ vuông góc với $A C$ cắt $B C$ và $A I$ lần lượt tại $E$ và $K . A E$ cắt $C K$ tại $F$. Chứng minh: $M F$ song song $B K$.
Lời giải tham khảo
Bài 1. Đặt $t=a+b+c$ ta có $a(1-a) \geq 0, b(1-b) \geq 0, c(1-c) \geq$, suy ra $a+b+c \geq$ $a^2+b^2+c^2=1$, và $(a+b+c)^2 \leq 3\left(a^2+b^2+c^2\right)=3$, suy ra $a+b+c \leq \sqrt{3}$ Ta có $1=(a+b+c)^2-2(a b+b c+a c) \Rightarrow a b+b c+c a=\frac{t^2-1}{2}$. Do đó $P=\frac{t^2-1}{2}-2 t=\frac{1}{2} t^2-2 t-\frac{1}{2}$ với $1 \leq t \leq \sqrt{3}$. Khảo sát hàm bậc hai trong đoạn ta có $\max P=-2$ khi $t=1$ và $\min P=1-2 \sqrt{3}$. Vậy $\max P=-2$ khi $a=1, b=c=0$ và min $P=1-2 \sqrt{3}$ khi $a=b=c=\frac{1}{\sqrt{3}}$.
Bài 2. Do đó $f$ là đơn ánh, $\operatorname{Im} f$ là một tập con có $2 k+1$ phần tử của $A$, mặt khác $f(k+1)$ là giá trị lớn nhất nên $\operatorname{Im} f$ có giá trị lớn nhất khác $2 n-2$. Ta đếm số tập con có $2 k+1$ phần tử của $A$ mà phần tử lớn nhất khác $2 n-2$. Số tập con có $2 k+1$ của $A$ là $C_{2 n}^{2 k+1}$, số tập con có $2 k+1$ mà có phần tử lớn nhất $2 n-2$ là bằng với số tập con có $2 k$ phần tử của ${1,2, \cdots 2 k-3}$, là $C_{2 n-3}^{2 k}$. Do đó theo nguyên lí bù trừ số tập con có $2 k+1$ của tập $A$ mà phần tử lớn nhất khác $2 n-2$ là $\left(C_{2 n}^{2 k+1}-C_{2 n-3}^{2 k}\right)$. Tiếp theo ta đếm số đơn ánh từ ${1,2, \cdots, 2 k+1}$ tới $A^{\prime}=\left\{a_1, a_2, \cdots, a_{2 k+1}\right\}$ thỏa đề bài, ta có $f(k+1)=a_{2 k+1}$, nên số đơn ánh bằng số cách chọn $k$ phần tử từ $A^{\prime}$ nên bằng $C_{2 k}^k$. Vậy số đơn ánh thỏa đề bài $C_{2 k}^k\left(C_{2 n}^{2 k+1}-C_{2 n-3}^{2 k}\right)$
Bài 3. Ta có $a(n)=\frac{n(n+1)}{2}, b(n)=\frac{n(n+1)(2 n+1)}{6}$ Khi đó $P(n)=2(n+1) a(n)+3 b(n)-1=\frac{n(n+1)(4 n+3)}{2}-1$. Giả sử $P(n)$ là số chính phương ta có $n(n+1)(4 n+3)=2\left(x^2+1\right)$, ta có $n(n+1)(4 n+3)$ luôn có ước nguyên tố dạng $p=4 k+3$, suy ra $p \mid 2\left(x^2+1\right)$ suy ra $p|x, p| 1$, vô lí! Vậy không tồn tại $n$ để $P(n)$ là số chính phương.
Bài 4.
Ta tính được $\angle A=\frac{5 \pi}{8}, \angle B=\frac{\pi}{4}, \angle C=\frac{\pi}{8}$. Vẽ đường cao $A N, N$ thuộc $B C$. Ta có $\frac{B N}{N C}=\frac{A N}{N C}=\frac{\sin C}{\cos C}$ và $\frac{A D}{C D}=\frac{A B}{B C}=\frac{\sin C}{\sin 5 C}, \sin 5 C=\cos C$, suy ra $\frac{B N}{N C}=\frac{A D}{C D}$, do đó $A N, B D, C M$ đồng quy tại $I$ và $D N | A B$. Ta có $\angle B A N=\angle A N D=\angle A C K=2 \angle A C K$, suy ra $A C K$ cân và $N$ là trung điểm $A K$, từ đó tam giác $A B K$ vuông cân. Khi đó $\angle F N K=\angle A C K=45^{\circ}=\angle A K B$ và $\angle A N M=45^{\circ}$, do đó $M, N, F$ thẳng hàng và $M F | B K$.
Bài 1. Cho hàm số liên tục $f: \mathbb{R} \rightarrow(0 ;+\infty)$ thỏa mãn
$\lim_{x \rightarrow – \infty} f(x)= \lim_{x \rightarrow + \infty} f(x) = 0$ a) Chứng minh rằng $f(x)$ đạt giá trị lớn nhất trên $\mathbb{R}$. b) Chứng minh rằng tồn tại hai dãy $\left(x_n\right),\left(y_n\right)$ với $x_n<y_n, \forall n=1,2,3, \ldots$ sao cho chúng cùng hội tụ tới một giới hạn và thỏa mãn $f\left(x_n\right)=f\left(y_n\right)$ với mọi $n$.
Bài 2. Cho dãy số nguyên dương $\left(x_n\right)$ thỏa mãn $0 \leq x_0<x_1 \leq 100$ và $$ x_{n+2}=7 x_{n+1}-x_n+280, \quad \forall n \geq 0 . $$ a) Chứng minh rằng nếu $x_0=2, x_1=3$ thì với mỗi số nguyên dương $n$, tổng các ước nguyên dương của $x_n x_{n+1}+x_{n+1} x_{n+2}+x_{n+2} x_{n+3}+2018$ thì chia hết cho 24 . b) Tìm tất cả các cặp số $\left(x_0, x_1\right)$ để số $x_n x_{n+1}+2019$ là số chính phương với vô số số $n$.
Bài 3. Với mỗi đa thức $f(x)=a_0+a_1 x+\cdots+a_n x^n$, đặt $$ \Gamma(f(x))=a_0^2+a_1^2+\cdots+a_m^2 . $$
Cho đa thức $P(x)=(x+1)(x+2) \ldots(x+2020)$. Chứng minh rằng tồn tại ít nhất 2019 đa thức đôi một phân biệt $Q_k(x)$ với $1 \leq k \leq 2^{2019}$ với các hệ số dương thỏa mãn hai điều kiện sau: i) $\operatorname{deg} Q_k(x)=2020$. ii) $\Gamma\left(Q_k(x)^n\right)=\Gamma\left(P(x)^n\right)$ với mọi số nguyên dương $n$.
Bài 4. Cho tam giác $A B C$ có tâm đường tròn nội tiếp $I$ và trực tâm $H$. Trên các tia $A B, A C, B C, B A, C A, C B$ lần lượt lấy các điểm $A_1, A_2, B_1, B_1, C_1, C_2$ sao cho $A A_1=A A_2=B C$, $B B_1=B B_2=A C, C C_1=C C_2=A B$. Gọi $A^{\prime}, B^{\prime}, C^{\prime}$ lần lượt là giao điểm của các cặp đường thẳng $\left(B B_1, C C_1\right) ;\left(C C_1, A A_1\right) ;\left(A A_1, B B_1\right)$. a) Chứng minh rằng diện tích tam giác $A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}$ không vượt quá diện tích tam giác $A B C$. b) Gọi $J$ là tâm đường tròn ngoại tiếp $A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime}$. Các đường thẳng $A J, B J, C J$ lần lượt cắt $B C, C A, A B$ theo thứ tự tại $R, S, T$. Gọi $K$ là điểm chung của các đường tròn ngoại tiếp $A S T, B T R, C R S$. Giả sử tam giác $A B C$ không cân, chứng minh $I H J K$ là hình bình hành.
Ngày thi thứ hai. Thời gian làm bài 180 phút.
Bài 5. Xét đa thức $f(x)=x^2-\alpha x+1$ với $\alpha \in \mathbb{R}$. a) Khi $\alpha=\frac{\sqrt{15}}{2}$, hãy viết $f(x)$ thành thương của hai đa thức với các hệ số không âm. b) Tìm tất cả các giá trị $\alpha$ để $f(x)$ có thể viết được thành thương của hai đa thức với các hệ số không âm.
Bài 6. Cho tam giác nhọn, không cân $A B C$ nội tiếp đường tròn $(O)$ và có trực tâm $H$. Gọi $M, N, P$ lần lượt là trung điểm cạnh $B C, C A, A B$ và $D, E, F$ lần lượt là chân đường cao ứng với các đỉnh $A, B, C$ của tam giác $A B C$. Gọi $K$ là đối xứng của $H$ qua $B C$. Hai đường thẳng $D E, M P$ cắt nhau tại $X$; hai đường thẳng $D F, M N$ cắt nhau tại $Y$. a) Đường thẳng $X Y$ cắt cung $\overparen{B C}$ của $(O)$ tại $Z$. Chứng minh rằng $K, Z, E, F$ đồng viên. b) Hai đường thẳng $K E, K F$ cắt lại $(O)$ tại $S, T$. Chứng minh rằng $B S, C T, X Y$ đồng quy.
Bài 7. Có một số mảnh giấy hình vuông có cùng kích thước, mỗi mảnh được chia caro thành $5 \times 5$ ô vuông ở cả hai mặt. Ta dùng $n$ màu để tô các mảnh giấy sao cho mỗi ô của mỗi mảnh giấy được tô cả hai mặt bởi cùng một màu. Hai mảnh giấy màu được coi là giống nhau nếu có thể xếp chúng chồng khít lên nhau sao cho các cặp ô vuông ở cùng vị trí có cùng màu. Chứng minh rằng ta thu được không quá $\frac{1}{8}\left(n^{25}+4 n^{15}+n^{13}+2 n^7\right)$ mảnh giấy đôi một không giống nhau.
Bài 1. (5 điểm) Cho dãy số $\left(x_n\right)$ xác định bởi $x_1=1$ và $$ x_{n+1}=x_n+3 \sqrt{x_n}+\frac{n}{\sqrt{x_n}} \text { với mọi } n \geq 1 . $$ a) Chứng minh rằng $\lim \dfrac{n}{x_n}=0$
b) Tính giới hạn $ \lim \dfrac{n^2}{x_n}$
Bài 2. (5 điểm) a) Cho ba số thực $a, b, c$ thỏa mãn $a^2+b^2+c^2=1$. Chứng minh rằng $$ |a-b|+|b-c|+|c-a| \leq 2 \sqrt{2} . $$ b) Cho 2019 số thực $a_1, a_2, \ldots, a_{2019}$ thỏa mãn $a_1^2+a_2^2+\cdots+a_{2019}^2=1$. Tìm giá trị lớn nhất của $$ S=\left|a_1-a_2\right|+\left|a_2-a_3\right|+\cdots+\left|a_{2019}-a_1\right| . $$
Bài 3. ( 5 điểm) Cho dãy số $\left(a_n\right)$ xác định bởi $a_1=5, a_2=13$ và $$ a_{n+2}=5 a_{n+1}-6 a_n \text { với mọi } n \geq 2 \text {. } $$ a) Chứng minh rằng hai số hạng liên tiếp của dãy trên nguyên tố cùng nhau. b) Chứng minh rằng nếu $p$ là ước nguyên tố của $a_{2^k}$ thì $p-1$ chia hết cho $2^{k+1}$ với mọi số tự nhiên $k$.
Bài 4. (5 điểm) Cho tam giác $A B C$ nhọn không cân nội tiếp đường tròn $(O)$ và trực tâm $H$. Gọi $D, E, F$ lần lượt là các điểm đối xứng với $O$ qua $B C, C A, A B$. a) Gọi $H_a$ là điểm đối xứng của $H$ qua $B C$, và $A^{\prime}$ là điểm đối xứng của $A$ qua $O$. Gọi $O_a$ là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác $O B C$. Chứng minh rằng $H D^{\prime}, A^{\prime} O_a$ cắt nhau tại một điểm trên $(O)$. b) Lấy điểm $X$ sao cho tứ giác $A X D A^{\prime}$ là hình bình hành. Chứng minh rằng các đường tròn ngoại tiếp tam giác $A H X, A B F, A C E$ có một điểm chung khác $A$.
Ngày thi thứ hai. Thời gian 180 phút.
Bài 5. (6 điểm) Cho hệ phương trình (tham số $a$):$\left\{\begin{array}{l}x-a y=y z \\\\y-a z=z x \\\\ z-a x=x y\end{array}\right.$ (với $x, y, z \in \mathbb{R}$ ). a) Giải hệ khi $a=0$. b) Chứng minh rằng hệ có 5 nghiệm khi $a>1$.
Bài 6. (7 điểm) Cho tam giác $A B C$ nhọn không cân có các đường cao $A D, B E, C F$ với $D, E, F$ là các chân đường cao. Đường tròn đường kính $A D$ cắt $D E, D F$ lần lượt tại $M, N$. Lấy các điểm $P, Q$ tương ứng trên $A B, A C$ sao cho $N P \perp A B, M Q \perp A C$. Gọi (I) là đường tròn ngoại tiếp tam giác $A P Q$. a) Chứng minh rằng (I) tiếp xúc với $E F$. b) Gọi $T$ là tiếp điểm của ( $I$ ) với $E F, K$ là giao điểm của $D T, M N$ và $L$ đối xứng với $A$ qua $M N$. Chứng minh rằng $(D K L)$ đi qua giao điểm của $M N$ và $E F$.
Bài 7. (7 điểm) Cho số nguyên dương $n>1$. Ký hiệu $T$ là tập hợp tất cả các bộ có thứ tự $(x, y, z)$ trong đó $x, y, z$ là các số nguyên dương đôi một khác nhau và $1 \leq x, y, z \leq 2 n$. Một tập hợp $A$ các bộ có thứ tự $(u, v)$ được gọi là “liên kết” với $T$ nếu với mối phần tử $(x, y, z) \in T$ thì ${(x, y),(x, z),(y, z)} \cap A \neq \varnothing$. a) Tính số phần tử của $T$. b) Chứng minh rằng tồn tại một tập hợp liên kết với $T$ có đúng $2 n(n-1)$ phần tử. c) Chứng minh rằng mỗi tập hợp liên kết với $T$ có không ít hơn $2 n(n-1)$ phần tử.
Lời giải tham khảo
Xin cám ơn các thầy Lê Phúc Lữ, Võ Quốc Bá Cẩn, Nguyễn Lê Phước, Nguyễn Văn Linh và các bạn Đoàn Cao Khả, Nguyễn Công Thành, Nguyễn Mạc Nam Trung đã chia sẻ tài liệu này.
Bài 1 (5 điểm). Cho dãy số thực $\left(x_n\right)$ có $x_1 \in\left(0, \frac{1}{2}\right)$ và $x_{n+1}=3 x_n^2-2 n x_n^3$ với mọi $n \geq 1$. a) Chứng minh $\lim x_n=0$. b) Với mỗi $n \geq 1$ đặt $y_n=x_1+2 x_2+\cdots+n x_n$. Chứng minh rằng dãy $\left(y_n\right)$ có giới hạn hữu hạn.
Bài 2 (5 điểm). Tìm tất cả các hàm số $f: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ thỏa mãn $$ f(x) f(y)=f(x y-1)+x f(y)+y f(x) $$ với mọi số thực $x, y$. Bài 3 (5 điểm). Cho tam giác nhọn không cân $A B C$ có trực tâm $H$ và $D, E, F$ lần lượt là chân đường cao hạ từ các đỉnh $A, B, C$. Gọi $(I)$ là đường tròn ngoại tiếp tam giác $H E F$ với tâm $I$ và $K, J$ lần lượt là trung điểm $B C, E F$. Cho $H J$ cắt lại $(I)$ tại $G$, $G K$ cắt lại $(I)$ tại $L$. a) Chứng minh rằng $A L$ vuông góc với $E F$. b) Cho $A L$ cắt $E F$ tại $M, I M$ cắt lại đường tròn ngoại tiếp tam giác $I E F$ tại $N$, $D N$ cắt $A B, A C$ lần lượt tại $P, Q$. Chứng minh rằng $P E, Q F, A K$ dồng quy.
Bài 4(5 điểm). Với số nguyên $n \geq 2$, gọi $s(n)$ là tổng các số nguyên dương không vượt quá $n$ và không nguyên tố cùng nhau với $n$. a) Chứng minh $s(n)=\frac{n}{2}(n+1-\varphi(n))$, trong đó $\varphi(n)$ là số các số nguyên dương không vượt quá $n$ và nguyên tố cùng nhau với $n$. b) Chứng minh rằng không tồn tại số nguyên $n \geq 2$ thỏa mãn $s(n)=s(n+2021)$.
Ngày thi thứ 2. Thời gian làm bài 180 phút.
Bài 5 (6 điểm). Cho đa thức $P(x)=a_{21} x^{21}+a_{20} x^{20}+\cdots+a_1 x+a_0$ có các hệ số thuộc $[1011,2021]$. Biết rằng $P(x)$ có nghiệm nguyên và $c$ là một số dương sao cho $\left|a_{k+2}-a_k\right| \leq c$ với mọi $k \in{0,1, \ldots, 19}$. a) Chứng minh rằng $P(x)$ có đúng một nghiệm nguyên. b) Chứng minh $\sum_{k=0}^{10}\left(a_{2 k+1}-a_{2 k}\right)^2 \leq 440 c^2$.
Bài 6 (7 điểm). Một học sinh chia tất cả 30 viên bi vào 5 cái hộp được đánh số $1,2,3,4,5$ (sau khi chia có thể có hộp không có viên bi nào). a) Hỏi có bao nhiêu cách chia các viên bi vào các hộp (hai cách chia là khác nhau nếu có một hộp có số bi trong hai cách chia là khác nhau)? b) Sau khi chia, học sinh này sơn 30 viên bi đó bởi một số màu (mỗi viên được sơn đúng một màu, một màu có thể sơn cho nhiều viên bi), sao cho không có 2 viên bi nào trong cùng một hộp có màu giống nhau và từ hai hộp bất kì không thể chọn ra được 8 viên bi được sơn bởi 4 màu. Chứng minh rằng với mọi cách chia, học sinh đều phải dùng không ít hơn 10 màu để sơn bi. c) Hãy chỉ ra một cách chia sao cho với đúng 10 màu, học sinh có thể sơn bi thỏa mãn các điều kiện ở câu b).
Bài 7 (7 điểm). Cho tam giác nhọn không cân $A B C$ nội tiếp đường tròn $(O)$. Gọi $D$ là giao điểm hai tiếp tuyến của $(O)$ tại $B$ và $C$. Đường tròn đi qua $A$ và tiếp xúc với $B C$ tại $B$ cắt trung tuyến đi qua $A$ của tam giác $A B C$ tại $G$. Cho $B G, C G$ lần lượt cắt $C D, B D$ tại $E, F$. a) Đường thẳng đi qua trung điểm của $B E$ và $C F$ lần lượt cắt $B F, C E$ tại $M, N$. Chứng minh rằng các điểm $A, D, M, N$ cùng thuộc một đường tròn. b) Cho $A D, A G$ lần lượt cắt lại đường tròn ngoại tiếp các tam giác $D B C, G B C$ tại $H, K$. Trung trực của $H K, H E, H F$ lần lượt cắt $B C, C A, A B$ tại $R, P, Q$. Chứng minh rằng các điểm $R, P, Q$ thẳng hàng.
Bài 1 (5,0 điểm) Cho $a$ là một số thực không âm và dãy số $\left(u_n\right)$ được xác định bởi $$ u_1=6, u_{n+1}=\dfrac{2 n+a}{n}+\sqrt{\dfrac{n+a}{n} u_n+4}, \quad \forall n \geq 1 . $$ a) Với $a=0$, chứng minh rằng $\left(u_n\right)$ có giới hạn hữu hạn và tìm giới hạn đó. b) Với mọi $a \geq 0$, chứng minh rằng $\left(u_n\right)$ có giới hạn hữu hạn.
Bài 2 (5,0 điểm) Tìm tất cả các hàm số $f:(0 ;+\infty) \rightarrow(0 ;+\infty)$ thoả mãn $$ f\left(\dfrac{f(x)}{x}+y\right)=1+f(y), \forall x, y \in(0 ;+\infty) . $$
Bài 3(5,0$ điểm) Cho tam giác nhọn $A B C$. Các điểm $E, F$ lần lượt thay đổi trên tia đối của các tia $B A, C A$ sao cho $B F=C E(E \neq B, F \neq C)$. Gọi $M, N$ tương ứng là trung điểm của $B E, C F$ và $D$ là giao điểm của $B F$ với $C E$. a) Gọi $I, J$ lần lượt là tâm đường tròn ngoại tiếp các tam giác $D B E, D C F$. Chứng minh rằng $M N$ song song với $I J$. b) Gọi $K$ là trung điểm của $M N$ và $H$ là trực tâm của tam giác $A E F$. Chứng minh rằng $H K$ luôn đi qua một điểm cố định.
Bài 4 (5,0 điểm) Với mỗi cặp số nguyên dương $(n, m)$ thoả mãn $n<m$, gọi $s(n, m)$ là số các số nguyên dương thuộc đoạn $[n ; m]$ và nguyên tố cùng nhau với $m$. Tìm tất cả các số nguyên dương $m \geq 2$ thoả mãn đồng thời hai điều kiện sau: i) $\dfrac{s(n, m)}{m-n} \geq \frac{s(1, m)}{m}$ với mọi $n=1,2, \ldots, m-1$; ii) $2022^m+1$ chia hết cho $m^2$.
Ngày thi thứ hai. Thời gian làm bài 180 phút.
Bài 5(6,0 điểm) Cho $P(x)$ và $Q(x)$ là hai đa thức khác hằng, có hệ số là các số nguyên không âm, trong đó các hệ số của $P(x)$ đều không vượt quá 2021 và $Q(x)$ có ít nhất một hệ số lớn hơn 2021. Giả sử $P(2022)=Q(2022)$ và $P(x), Q(x)$ có chung nghiệm hữu tỷ $\dfrac{p}{q} \neq 0(p, q \in \mathbb{Z} ; p$ và $q$ nguyên tố cùng nhau). Chứng minh rằng $|p|+n|q| \leq Q(n)-P(n)$ với mọi $n=1,2, \ldots, 2021$.
Bài 6 (7,0 điểm) Gieo 4 con súc sắc cân đối, đồng chất. Ký hiệu $x_i\left(1 \leq x_i \leq 6\right)$ là số chấm trên mặt xuất hiện của con súc sắc thứ $i(i=1,2,3,4)$. a) Tính số các bộ $\left(x_1, x_2, x_3, x_4\right)$ có thể có. b) Tính xác suất để có một số trong $x_1, x_2, x_3, x_4$ bằng tổng của ba số còn lại. c) Tính xác suất để có thể chia $x_1, x_2, x_3, x_4$ thành hai nhóm có tổng bằng nhau.
Bài 7 (7,0 điểm) Cho tam giác $A B C$ có $B, C$ cố định trên đường tròn $(O)$ ( $B C$ không đi qua tâm $O$ ) và điểm $A$ thay đổi trên cung lớn $\overparen{B C}$ sao cho $A B \neq A C$. Đường tròn nội tiếp $(I)$ của tam giác $A B C$ tiếp xúc với $B C$ tại $D$. Gọi $I_a$ là tâm đường tròn bàng tiếp góc $\widehat{B A C}, L$ là giao điểm của $I_a D$ với $O I$ và $E$ là điểm trên $(I)$ sao cho $D E$ song song với $A I$. a) Đường thẳng $L E$ cắt đường thẳng $A I$ tại $F$. Chứng minh rằng $A F=A I$. b) Trên đường tròn $(J)$ ngoại tiếp tam giác $I_a B C$ lấy điểm $M$ sao cho $I_a M$ song song với $A D, M D$ cắt lại $(J)$ tại $N$. Chứng minh rằng trung điểm $T$ của $M N$ luôn thuộc một đường tròn cố định.
Bài 1 (5,0 điểm) Xét dãy số $\left(a_n\right)$ thỏa mãn $a_1=\frac{1}{2}, a_{n+1}=\sqrt[3]{3 a_{n+1}-a_n}$ và $0 \leq a_n \leq 1$, với mọi $n \geq 1$. a) Chứng minh rằng dãy $\left(a_n\right)$ xác định duy nhất và có giới hạn hữu hạn. b) Cho dãy số $\left(b_n\right)$ xác định bởi $b_n=\left(1+2 a_1\right)\left(1+2^2 a_2\right) \cdots\left(1+2^n a_n\right)$ với mọi $n \geq 1$. Chứng minh rằng dãy $\left(b_n\right)$ có giới hạn hữu hạn.
Bài 2 (5,0 điểm) Cho các số nguyên $a, b, c, \alpha, \beta$ và dãy số $\left(u_n\right)$ xác định bởi $$ u_1=\alpha, u_2=\beta, u_{n+2}=a u_{n+1}+b u_n+c \text { với mọi } n \geq 1 \text {. } $$ a) Chứng minh rằng nếu $a=3, b=-2, c=-1$ thì có vô số cặp số nguyên $(\alpha ; \beta)$ để $u_{2023}=2^{2022}$. b) Chứng minh rằng tồn tại số nguyên dương $n_0$ sao cho có duy nhất một trong hai khẳng định sau là đúng: i) Có vô số số nguyên dương $m$ để $u_{n_0} u_{n_0+1} \cdots u_{n_0+m}$ chia hết cho $7^{2023}$ hoặc $17^{2023}$; ii) Có vô số số nguyên dương $k$ để $u_{n_0} u_{n_0+1} \cdots u_{n_0+k}-1$ chia hết cho 2023.
Bài 3 (5,0 điểm) Tìm số thực dương $k$ lớn nhất sao cho bất đẳng thức $$ \frac{1}{k a b+c^2}+\frac{1}{k b c+a^2}+\frac{1}{k c a+b^2} \geq \frac{k+3}{a^2+b^2+c^2} $$ đúng với mọi bộ ba số thực dương $(a ; b ; c)$ thỏa mãn điều kiện $a^2+b^2+c^2=2(a b+b c+c a)$. Bài 4 (5,0 điểm) Cho tứ giác $A B C D$ có $D B=D C$ và nội tiếp một đường tròn. Gọi $M, N$ tương ứng là trung điểm của $A B, A C$ và $J, E, F$ tương ứng là các tiếp điểm của đường tròn $(I)$ nội tiếp tam giác $A B C$ với $B C, C A, A B$. Đường thẳng $M N$ cắt $J E, J F$ lần lượt tại $K, H ; I J$ cắt lại đường tròn $(I B C)$ tại $G$ và $D G$ cắt lại $(I B C)$ tại $T$. a) Chứng minh rằng $J A$ đi qua trung điểm của $H K$ và vuông góc với $I T$. b) Gọi $R, S$ tương ứng là hình chiếu vuông góc của $D$ trên $A B, A C$. Lấy các điểm $P, Q$ lần lượt trên $I F, I E$ sao cho $K P$ và $H Q$ đều vuông góc với $M N$. Chứng minh rằng ba đường thẳng $M P, N Q$ và $R S$ đồng quy.
Ngày thi thứ hai. Thời gian làm bài 180 phút.
Bài 5 (6,0 điểm) Xét các hàm số $f: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ và $g: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ thỏa mãn điều kiện $f(0)=2022$ và $$ f(x+g(y))=x f(y)+(2023-y) f(x)+g(x) \text { với mọi } x, y \in \mathbb{R} \text {. } $$ a) Chứng minh rằng $f$ là một toàn ánh và $g$ là một đơn ánh. b) Tìm tất cả các hàm số $f$ và $g$ thỏa mãn điều kiện bài toán.
Bài 6 (7,0 điểm) Có $n \geq 2$ lớp học tổ chức $m \geq 1$ tổ ngoại khóa cho học sinh. Lớp nào cũng có học sinh tham gia ít nhất một tổ ngoại khóa. Mọi tổ ngoại khóa đều có đúng a lớp có học sinh tham gia. Với hai tổ ngoại khóa bất kỳ, có không quá $b$ lớp có học sinh tham gia đồng thời cả hai tổ này. a) Tính $m$ khi $n=8, a=4, b=1$. b) Chứng minh rằng $n \geq 20 \mathrm{khi} m=6, a=10, b=4$. c) Tìm giá trị nhỏ nhất của $n$ khi $m=20, a=4, b=1$.
Bài 7 (7,0 điểm) Cho tam giác nhọn, không cân $A B C$ có trực tâm $H$ và tâm đường tròn ngoại tiếp $O$. Đường tròn nội tiếp $(I)$ của tam giác $A B C$ tiếp xúc với các cạnh $B C, C A, A B$ tương ứng tại $M, N, P$. Gọi $\Omega_A$ là một đường tròn đi qua $A$, tiếp xúc ngoài với $(I)$ tại một điểm $A^{\prime}$ và cắt lại $A B, A C$ tương ứng tại $A_b, A_c$. Các đường tròn $\Omega_B, \Omega_C$ và các điểm $B^{\prime}, B_a, B_c$, $C^{\prime}, C_a, C_b$ được xác định một cách tương tự. a) Chứng minh rằng $B_c C_b+C_a A_c+A_b B_a \geq N P+P M+M N$. b) Xét trường hợp $A^{\prime}, B^{\prime}, C^{\prime}$ tương ứng thuộc các đường thẳng $A M, B N, C P$. Gọi $K$ là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác có ba cạnh tương ứng thuộc ba đường thẳng $A_b A_c, B_c B_a, C_a C_b$. Chứng minh rằng $O H$ song song với $I K$.
Bài 1. Cho ba số thực $a, b, c>0$ thỏa mãn $a+b+c=3$. (a) Chứng minh rằng $(a b+b c+c a)(a b c+1) \geq 6 a b c$. (b) Tìm số nguyên dương k lớn nhất sao cho $a b c\left(a^k+b^k+c^k\right) \leq 3$.
Bài 2 .Với mỗi số thực $x,[x]$ gọi là phần nguyên của $x$ – là số nguyên lớn nhất không vượt quá $x$ và ${x}:=x-[x]$ gọi là phần lẻ của $x$. Cho $p$ là số nguyên tố lẻ, chứng minh rằng với mọi số nguyên dương $k$ nhỏ hơn $p$ thì tổng $$S=\left\{\frac{k}{p}\right\}+\left\{\frac{2 k}{p}\right\}+\left\{\frac{3 k}{p}\right\}+\ldots+\left\{\frac{(p-1) k}{p}\right\}$$ không đổi. Tính S.
Bài 3. Cho tam giác $A B C$ nôi tiếp đường tròn $(\omega)$, tiếp tuyến của $(\omega)$ tai $\mathrm{B}$ là $d_1$, tai $\mathrm{C}$ là $d_2$. I là điểm thuôc trung trự $\mathrm{BC}$, đường tròn tâm $\mathrm{I}$ bán kính $\mathrm{IB}$ cắt các canh $\mathrm{AB}, \mathrm{AC}$ tại $\mathrm{D}, \mathrm{E}$. $\mathrm{CD}$ cắt $d_1$ tai $\mathrm{F}, \mathrm{BE}$ cắt $d_2$ tai $\mathrm{G}$ sao cho $\mathrm{F}, \mathrm{G}$ cùng phía $\mathrm{A}$ so với $\mathrm{BC}$. Đường tròn ngoai tiếp tam giác $\mathrm{BDF}$ cắt $\mathrm{BE}$ tại $\mathrm{K}$, đường tròn ngoại tiếp tam giác CEG cắt $\mathrm{CD}$ tại L. (a) Khi $\mathrm{I}$ thuộc $\mathrm{BC}$, gọi $\mathrm{P}$ là giao điểm của $\mathrm{FK}$ và $\mathrm{GL}$. Chứng minh $\mathrm{AP}$ đi qua tâm của $(\omega)$. (b) Khi I khác phía $\mathrm{A}$ đối với $\mathrm{BC}, \mathrm{DE}$ cắt $d_1$ tại $\mathrm{R}, d_2$ tại $\mathrm{S}$. Đường tròn ngoại tiếp tam giác ISR cắt $\mathrm{BC}$ tại $\mathrm{X}, \mathrm{Y}$. Chứng minh $B X=C Y$.
Bài 4 Tìm số nguyên dương $s$ lớn nhất thỏa mãn tính chất sau: Với mọi bộ số nguyên dương nhỏ hơn hay bằng 10 (không nhất thiết phân biệt) có tồng bằng $s$ ta luôn có thể chia thành hai nhóm mà tổng các số thuộc mỗi nhóm nhỏ hơn hay bằng 70 .
Lời giải
Bài 1.
(a) Đặt $a=\min {a, b, c}$, suy ra $a \leq 1$. Khi đó $(a-1)^3 \leq 1 \Rightarrow a^3-3 a^2+3 a-1 \leq 0 \Rightarrow \frac{1}{a}+a(3-a) \geq 3$, suy ra $\frac{1}{a}+a b+a c \geq 3$, hơn nữa $$ \frac{1}{b}+\frac{1}{c}+b c \geq 3 \sqrt[3]{\frac{1}{b} \frac{1}{c} b c}=3 $$ Từ đó $\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+a b+b c+a c \geq 6$. hay $(a b+b c+c a)(a b c+1) \geq 6 a b c$. (b) Cho $a=2, b=c=\frac{1}{2}$, suy ra $k<3$, ta chứng minh $k=2$ thì bất đẳng thức thỏa với mọi $a, b, c$ thỏa điều kiện, thật vậy
Với $p$ nguyên tố lẻ thì $(k, p)=1$ với mọi $0<k<p$. Ta chứng minh $p-1$ số $k, 2 k, \cdots,(p-1) k$ là hệ thặng dư thu gọn của $p$, thật vậy, giả sử $i k \equiv j k($ $\bmod p)$ với $i, j<p$ thì $k(i-j) \equiv 0(\bmod p)$, suy ra $i=j$. Khi đó $S=\left\{\frac{k}{p}\right\}+\left\{\frac{2 k}{p}\right\}+\left\{\frac{3 k}{p}\right\}+\ldots+\left\{\frac{(p-1) k}{p}\right\}=\frac{1}{p}+\frac{2}{p}+\cdots \frac{p-1}{p}=$ $\frac{p-1}{2}$ không đổi.
Bài 3.
(a) Gọi $O$ là tâm của $\omega$. Ta có $\angle S D B=\angle A D E=\angle A C B=\angle S B D$ nên $\triangle S B D$ cân tại $S$. Tương tự $\triangle R E C$ cân tại $R$. Biến đổi góc $$ \angle K F L=\angle K F D=\angle K B D=\angle D C E=\angle E G L \angle K G L, $$ suy ra $F, K, L, G$ đồng viên. Do $I \in B C$ nên $\angle B D C=90^{\circ}$, mà $\triangle S B D$ cân tại $S$ nên $S$ là tâm đường tròn $(F D K)$. Tương tự, $R$ là tâm đường tròn $(G E L)$. Ta có $$ A D \cdot A B=A E \cdot A C, \quad P K \cdot P F=P L \cdot P G, $$ suy ra $A P$ là trục đẳng phương của hai đường tròn $(F D K)$ và $(G E L)$, do đó $A P \perp R S$. Mà $A O \perp D E$ nên $A, O, P$ thằng hàng.
(b) Gọi $M, N$ lần lượt là giao điểm của $I S, I R$ với $B C . \triangle S B D$ cân tại $S$ nên suy ra $I S$ là đường trung trực của $B D$, tương tự $I R$ là đường trung Tập san Toán học STAR EDUCATION trực của $E C$. Biến đổi góc $$ \begin{aligned} & \angle M S D=90^{\circ}-\angle S D B=90^{\circ}-\angle A D E=90^{\circ}-\angle A C B=\angle C N G . \ \Rightarrow & \angle I S R=\angle Y N G \Rightarrow \angle I S Y+\angle Y S R=\angle M Y I+\angle Y I R \Rightarrow \angle I S Y= \ & \angle X Y I=\angle X S I . \end{aligned} $$ Vậy $S I$ là tia phân giác của $\angle X S Y$ nên $I$ nằm trên đường trung trực của $X Y$. Mà $I$ cũng nằm trên đường trung trực của $B C$ nên $B X=C Y$.
Bài 4.
Ta chứng minh rằng $s=133$ là số lớn nhất thoả mãn điều kiện bài toán. Trước hết, giả sử rằng $s$ là một số thoả mãn điều kiện đã cho.
Viết $s=9 k+r (k, r \in \mathbb{Z}{\geq 0}, 1 \leq r \leq 9 )$.
Nếu $s \geq 134$, xét một bộ số gồm $k$ số 9 và số còn lại bằng $s-9 k$. Trong bộ số này có không quá một số khác 9 nên khi chia chúng thành hai phần khác rỗng, phải có ít nhất một bộ chứa toàn số 9. Hơn nữa, $$ 9 \cdot 7=63<70<9 \cdot 8 $$ nên bộ số này có tổng tối đa là 63 . Nhưng khi đó tổng của các số còn lại, gọi là $T$, sẽ phải thoả mãn $$ T \geq 134-63=71>70 $$ vô lý do $T \leq 70$. Từ đó phải có $s \leq 133$. Bây giờ ta chứng minh rằng $s=133$ thoả mãn điều kiện bài toán. Trước hết, ta chứng minh rằng với mọi bộ số nguyên dương không vượt quá 10 có tổng bằng 133, khi chia thành hai phần khác rỗng là $X, Y$ khác rống (có thể có các phần tử trùng nhau), sao cho
$$ M=\sum{x \in X} x-\sum_{y \in Y} y \geq 0$$
và $M$ nhỏ nhất có thể, thì $M \leq 8$. Thật vậy, giả sử rằng $M \geq 9$ thì $$ \sum_{x \in X} \geq \frac{1}{2}\left(\sum_{x \in X} x+\sum_{y \in Y} y+9\right) \geq \frac{133+9}{2}=71 . $$ Vì mỗi phần tử của $X$ không vượt quá 10 nên $X$ có ít nhất 8 phần tử. Đặt $t=\min X$. Xét hai tập hợp $$ \left\{\begin{array}{l} X^{\prime}=X \cup{t} \ Y^{\prime}=Y \backslash{t} \end{array}\right. $$ thì $X^{\prime}, Y^{\prime} \neq \emptyset$, đều gồm các số nguyên dương không vượt quá 10 , và có tổng bằng 133. Vì tính nhỏ nhất của $M$ nên $$ M \leq\left|\sum_{x \in X^{\prime}} x-\sum_{y \in Y^{\prime}} y\right|=\left|\sum_{x \in X} x-\sum_{y \in Y} y-2 t\right|=|M-2 t| $$ Kết hợp với $M \geq 9$ và $1 \leq t \leq 10$ thì $9 \leq M \leq t \leq 10$. Có hai khả năng sau:
Nếu $M=10$ thì $$ \sum_{x \in X} x=\frac{133+10}{2} \notin \mathbb{Z} $$ là một điều vô lý.
Nếu $M=9$ thì $$ \sum_{x \in X} x=\frac{133+9}{2}=71 . $$ Nếu $t=9$ thì $X$ gồm toàn số 9 và số 10 , nên có thể viết được $$ 71=9 k+10 l\left(k, l \in \mathbb{Z}{\geq 0}\right) . $$ Do đó $9 k \equiv 1(\bmod 10)$, dẫn đến $k \equiv 9(\bmod 10)$ và $k \geq 9$. Hệ quả là $$ 9 k+10 l \geq 9 k \geq 81>71 $$ cũng là điều vô lý. Từ đó điều giả sử là sai hay phải có $M \leq 8$, dẫn đến $$ \sum{y \in Y} y \leq \sum_{x \in X} x \leq \frac{1}{2}\left(\sum_{x \in X}+\sum_{y \in Y} y+8\right)=\frac{133+8}{2} . $$ Nhưng các tổng là số nguyên nên $$ \sum_{y \in Y} y \leq \sum_{x \in X} x \leq 70, $$ nghĩa là cách chia $(X, Y)$ thoả mãn điều kiện bài toán. Tóm lại, $s=133$ là số lớn nhất thoả mãn yêu cầu đề bài. Bài toán kết thúc.
Bài 1. (1,0 diểm) Cho $x, y$ là hai số thực thỏa mãn $x y+\sqrt{\left(1+x^2\right)\left(1+y^2\right)}=1$. Tính giá trị của biểu thức $M=\left(x+\sqrt{1+y^2}\right)\left(y+\sqrt{1+x^2}\right)$. Bài 2. (2,5 diểm) a) Giải phương trình $\sqrt{x+4}+|x|=x^2-x-4$. Bài 3. (1,5 diểm) Cho hình vuông $A B C D$ Trên các cạnh $B C$ và $C D$ lần lượt lấy các điểm $M$ và $N$ sao cho $\angle M A N=45^{\circ}$. a) Chứng minh $M N$ tiếp xúc với dường tròn tâm $A$ bán kính $A B$. b) Kẻ $M P$ song song với $A N$ ( $P$ thuộc đoạn $A B)$ và kẻ $N Q$ song song với $A M(Q$ thuộc đoạn $A D)$. Chứng minh $A P=A Q$. Bài 4. (2,0 diểm) Cho ba số thực dương $a, b, c$ thỏa $a+b+c=3$. a) Chứng minh rằng $a b+b c+c a \leq 3$. b) Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức $P=\frac{a}{b^2+1}+\frac{b}{c^2+1}+\frac{c}{a^2+1}$. Bài 5. (2,0 diểm) Cho tam giác $A B C$ nhọn $(A B<A C)$ có các đường cao $A D, B E, C F$ cắt nhau tại $H$. Đường thẳng $E F$ cắt đường thẳng $B C$ tại $I$. Đường thẳng qua $A$ vuông góc với $I H$ tại $K$ và cắt $B C$ tại $M$. a) Chứng minh tứ giác $I F K C$ nội tiếp và $\frac{B I}{B D}=\frac{C I}{C D}$. b) Chứng minh $M$ là trung diểm của $B C$.
Bài 6. (1,0 diểm) Số nguyên dương $n$ được gọi là “số tốt” nếu $n+1$ và $8 n+1$ dều là các số chính phương. a) Hãy chỉ ra ví dụ ba “số tốt” lần lượt có 1, 2, 3 chữ số. b) Tìm các số nguyên $k$ thỏa mãn $|k| \leq 10$ và $4 n+k$ là hợp số với mọi $n$ là “số tốt”.
Đáp án được thực hiện vởi Star Education
Bài 1.
Điều kiện: $x y \leq 1$. Biến đổi giả thiết $$ \sqrt{\left(1+x^2\right)\left(1+y^2\right)}=1-x y \Leftrightarrow\left(1+x^2\right)\left(1+y^2\right)=(1-x y)^2 \Leftrightarrow(x+y)^2=0 \Leftrightarrow y=-x . $$ Thay vào biểu thức $M$ ta được $$ \begin{aligned} M & =\left(x+\sqrt{1+y^2}\right)\left(y+\sqrt{1+x^2}\right) \ & =\left(x+\sqrt{1+x^2}\right)\left(-x+\sqrt{1+x^2}\right) \ & =\left(\sqrt{1+x^2}\right)^2-x^2=1 \end{aligned} $$
Bài 2.
a)
Lời giải: a) Điều kiện: $\left\{\begin{array}{l}x+4 \geq 0 \\\\ x^2-x-4 \geq 0\end{array} \right.$
$\Leftrightarrow\left[\begin{array}{l}-4 \leq x \leq \frac{1-\sqrt{17}}{2} \\\\ x \geq \frac{1+\sqrt{17}}{2}\end{array}\right.$ Phương trình đã cho tương đương $$ x^2-\sqrt{x+4}-|x|-(x+4)=0 \Leftrightarrow(|x|+\sqrt{x+4})(|x|-\sqrt{x+4}-1)=0 \Leftrightarrow|x|-1=\sqrt{x+4} $$
Nếu $x<0,(1) \Rightarrow-x-1=\sqrt{x+4}$ $$ \Rightarrow x^2+2 x+1=x+4 \Leftrightarrow x^2+x-3=0 \Leftrightarrow\left[\begin{array}{l} x=\frac{-1+\sqrt{13}}{2} \text { (Loại) } \\\\ x=\frac{-1-\sqrt{13}}{2} \text { (Nhận) } \end{array} .\right. $$ Thử lại, ta được $x=\frac{3+\sqrt{21}}{2}$ và $x=\frac{-1-\sqrt{13}}{2}$ là các nghiệm của phương trình đã cho.
b) Điều kiện: $(x+y)(y+z)(z+x) \neq 0$. Hệ dã cho tương dương $$ \left\{\begin{array} { l } { \frac { x } { y + z } + 1 = 2 x } \\\\ { \frac { y } { z + x } + 1 = 3 y } \\\\ { \frac { z } { x + y } + 1 = 5 z } \end{array} \Leftrightarrow \left\{\begin{array} { l } { \frac { x + y + z } { y + z } = 2 x } \\\\ { \frac { x + y + z } { z + x } = 3 y } \\\\ { \frac { x + y + z } { x + y } = 5 z } \end{array} \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{l} x+y+z=2 x(y+z) \\\\ x+y+z=3 y(z+x) \\\\ x+y+z=5 z(x+y) \end{array}\right.\right.\right. $$ Dễ thấy $x y z \neq 0$. Từ trên suy ra $$ 2 x(y+z)=3 y(z+x)=5 z(x+y) \Leftrightarrow 2\left(\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\right)=3\left(\frac{1}{z}+\frac{1}{x}\right)=5\left(\frac{1}{x}+\frac{1}{y}\right) . $$ Ta tính được $\frac{1}{z}=\frac{19}{x}, \frac{1}{y}=\frac{11}{x} \Rightarrow x=11 y=19 z$. Thay lại vào phương trình $(*)$ ta dược $$ x+\frac{x}{11}+\frac{x}{19}=2 x\left(\frac{x}{11}+\frac{x}{19}\right) \Leftrightarrow 1+\frac{1}{11}+\frac{1}{19}=2\left(\frac{x}{11}+\frac{x}{19}\right) \Leftrightarrow x=\frac{239}{60} . $$ Suy ra $y=\frac{239}{660}, z=\frac{239}{1140}$. Vậy nghiệm duy nhất của hệ là $(x, y, z)=\left(\frac{239}{60}, \frac{239}{660}, \frac{239}{1140}\right)$.
Bài 3.
a) Trên tia đối của tia $D C$ lấy $F$ sao cho $D F=B M$. Xét $\triangle A D F$ và $\triangle A B M$ có $A D=A B, \angle A D F=\angle A B M=90^{\circ}$ và $D F=B M$. Do đó $\triangle A D F=\triangle A B M(\mathrm{c}-\mathrm{g}-\mathrm{c})$ $\Rightarrow \angle D A F=\angle B A M$ và $A F=A M$. Suy ra $\angle D A F+\angle D A N=\angle B A M+\angle D A N=90^{\circ}-45^{\circ}=45^{\circ}$. $\Rightarrow \angle N A F=45^{\circ}=\angle N A M$, mà $A F=A M$ nên $\triangle N A F=\triangle N A M$. (c-g-c) Kẻ $A E \perp M N(E \in M N) \Rightarrow A E=A D=A B \Rightarrow M N$ tiếp xúc với $(A, A B)$. b) Ta có: $\triangle N A F=\triangle N A M \Rightarrow \angle A N F=\angle A N M$, mà $\angle A N F=\angle N A P($ do $D C | A B)$, dẫn đến $\angle A N M=\angle N A P$.
Từ $A N | M P \Rightarrow A P M N$ là hình thang, kết hợp với $\angle A N M=\angle N A P$, ta được $A P M N$ là hình thang cân. Do đó $A P=M N$, tương tự ta cũng có $A Q=M N$, dẫn dến $A P=A Q$.
Bài 4.
a)
a) Ta có $a^2+b^2 \geq 2 a b, b^2+c^2 \geq 2 b c, c^2+a^2 \geq 2 c a$ nên $$ 2\left(a^2+b^2+c^2\right) \geq 2(a b+b c+c a) \Leftrightarrow a^2+b^2+c^2 \geq a b+b c+c a . $$ Khi đó $$ \begin{aligned} 9=(a+b+c)^2 & =a^2+b^2+c^2+2 a b+2 b c+2 c a \ & \geq a b+b c+c a+2(a b+b c+c a)=3(a b+b c+c a) \end{aligned} $$ Do đó $a b+b c+c a \leq 3$. Dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi $a=b=c=1$.
b)
b) Ta có $$ \begin{aligned} & \frac{a}{b^2+1}-a=\frac{-a b^2}{b^2+1} \geq-\frac{a b^2}{2 b}=-\frac{a b}{2} \ & \frac{b}{c^2+1}-b=\frac{-b c^2}{c^2+1} \geq-\frac{b c^2}{2 c}=-\frac{b c}{2} \ & \frac{c}{a^2+1}-c=\frac{-c a^2}{a^2+1} \geq-\frac{c a^2}{2 a}=-\frac{c a}{2} \end{aligned} $$ Do đó $$ \begin{aligned} & \frac{a}{b^2+1}+\frac{b}{c^2+1}+\frac{c^2}{a^2+1}-(a+b+c) \geq-\frac{a b+b c+c a}{2} \geq-\frac{3}{2} \ \Rightarrow & \frac{a}{b^2+1}+\frac{b}{c^2+1}+\frac{c}{a^2+1} \geq-\frac{3}{2}+a+b+c=\frac{3}{2} \end{aligned} $$ Vậy giá trị nhỏ nhất của $P$ là $\frac{3}{2}$, dấu “=” xảy ra khi và chỉ khi $a=b=c=1$.
Bài 5.
Vẽ dường tròn $(O)$ ngoại tiếp $\triangle A B C$ a) Ta có: Các tứ giác $A F D C, A K D I, B F E C, A F H E$ nội tiếp. $\Rightarrow H F \cdot H C=H D \cdot H A=H K . H I \Rightarrow I F K C$ nội tiếp. Mặt khác: $\widehat{I F B}=\widehat{A C B}=\widehat{B F D}$ (do các tứ giác $B F E C, A F D C$ nội tiếp) $\Rightarrow F B$ là phân giác $\widehat{I F D}$. Mà $F B \perp F C$ nên $F B$ là phân giác trong, $F C$ là phân giác ngoài $\triangle I F D$ $$ \Rightarrow \frac{B I}{B D}=\frac{C I}{C D} $$ b) Gọi $S$ là giao điểm thứ hai của $I A$ và đường tròn ngoại tiếp $O$. Ta chứng minh được $I F . I E=I B . I C=I S . I A$ $\Rightarrow A S F E$ nội tiếp hay 5 điểm $A, S, F, H, E$ cùng thuộc đường tròn đường kính $A H$ $\Rightarrow \widehat{A S H}=\widehat{A F H}=90^{\circ}$ Mặt khác do: $I K \perp A M, A D \perp I M$ nên $H$ là trực tâm $\triangle A I M \Rightarrow M H \perp A I$. Từ đó, ta có: $S, H, M$ thẳng hàng. Vẽ đường kính $A Q$ của đường tròn ngoại tiếp $\triangle A B C$. Ta có $\widehat{A S Q}=90^{\circ}$ nên $S, H, M, Q$ thẳng hàng Xét tứ giác $B H C Q$ có: $B H / / C Q$ (cùng $\perp A C)$ và $C H / / B Q($ cùng $\perp A B)$ Nên $B H C Q$ là hình bình hành nghĩa là có $M$ là trung điểm $B C$.
Bài 6.
Lời giải: a) Ví dụ: $3\left(3+1=2^2\right.$ và $\left.8 \cdot 3+1=5^2\right), 15\left(15+1=4^2\right.$ và $\left.8 \cdot 15+1=11^2\right)$ và 120 $\left(120+1=11^2\right.$ và $\left.8 \cdot 120+1=31^2\right)$. b) Nhận xét $a^2 \equiv 0,1(\bmod 3)$ với mọi $a \in \mathbb{N}$. Đặt $n+1=x^2$ và $8 n+1=y^2(x, y \in \mathbb{N})$.
Nếu $n \equiv 2(\bmod 3)$ thì $y^2=8 n+1 \equiv 17 \equiv 2(\bmod 3)$, vô lí. Vậy $n \equiv 0(\bmod 3)$ hay $n$ chia hết cho 3 . Nếu $k=1,5,7,-5,-7$ thì với $n=3$ (là số tốt), $4 n+k$ nhận các giá trị $13,17,19,7,5$ là các số nguyên tố. (Loại) Nếu $k=-1$, với $n=15$ (là số tốt) thì $4 n+k=59$ là số nguyên tố. (Loại) Nếu $k=-10$, với $n=3$ thì $4 n+k=2$ là số nguyên tố. (Loại) Nếu $k=-9$, với $n=3$ thì $4 n+k=3$ là số nguyên tố. (Loại) Nếu $k \geq-8, k$ chẵn hoặc $k$ chia hết cho 3 thì $4 n+k \geq 4 \cdot 3-8=4$ và $4 n+k$ có ước là 2 hoặc 3 , do đó $4 n+k$ là hợp số. Vậy các giá trị cần tìm của $k$ là $$ k \in{-8,-6,-4,-3,-2,0,2,3,4,6,8,9,10} . $$
