Trong các kì thi tuyển sinh lớp 10 các trường chuyên trên toàn quốc thì các bài toán về số học xuất hiện một cách đều đặn trong các đề thi với các bài toán ngày càng hay và khó hơn.. Tr[r]
Trang 1TUYỂN CHỌN CÁC BÀI TOÁN SỐ HỌC TRONG KÌ THI VÀO LỚP 10 CHUYÊN TOÁN
LỜI NÓI ĐẦU
Các vị phụ huynh và các thầy cô dạy toán có thể dùng có thể dùng chuyên đề này để giúp con em mình học tập Hy vọng tuyển tập các bài toán số học thi vào lớp 10 chuyên toán sẽ có thể giúp ích nhiều cho học sinh phát huy nội lực giải toán nói riêng và học toán nói chung
Mặc dù đã có sự đầu tư lớn về thời gian, trí tuệ song không thể tránh khỏi những hạn chế, sai sót Mong được sự góp ý của các thầy, cô giáo và các em học!
Chúc các thầy, cô giáo và các em học sinh thu được kết quả cao nhất từ chuyên đề này!
Trong các kì thi tuyển sinh lớp 10 các trường chuyên trên toàn quốc thì các bài toán về số học
xuất hiện một cách đều đặn trong các đề thi với các bài toán ngày càng hay và khó hơn Trong đó ngoài các bài toán có dạng khá quen thuộc thì cũng có nhiều bài toán rất mới mẻ Nhằm đáp ứng nhu cầu của giáo viên toán THCS và học sinh về các chuyên đề toán THCS, website www.thuvientoan.net
giới thiệu đến thầy cô và các em tuyển chọn các bài toán số học trong kì thi vào lớp 10 chuyên toán Chúng tôi đã kham khảo qua nhiều đề thi để viết chuyên đề này
Trang 2TUYỂN CHỌN CÁC BÀI TOÁN SỐ HỌC TRONG ĐỀ THI TUYỂN SINH
LỚP 10 CHUYÊN TOÁN
Trong c{c kì thi tuyển sinh lớp 10 c{c trường chuyên trên to|n quốc thì c{c b|i tón về
số học xuất hiện một c{ch đều đặn trong c{c đề thi với c{c b|i to{n ng|y c|ng hay v| khó hơn Trong đó ngo|i c{c b|i to{n có dạng kh{ quen thuộc thì cũng có ngiều b|i to{n rất mới mẻ Trong chủ đề n|y, chúng tôi đã tuyển chọn v| giới thiệu một số b|i to{n số học được trích trong c{c đề thi tuyển sinh chuyên to{n c{c năm gần đ}y
Bài 1 Chứng minh rằng nếu số nguyên k lớn hơn 1 thoả mãn 2
k 4 và 2
k 16 l| c{c số nguyên tố thì k chia hết cho 5
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Hưng Yên năm học 2009 – 2010
Do đó suy ra k216 không l| số nguyên tố
Trường hợp 3 Xét k 5n 3 n , khi đó ta được k2 25n230n 9 nên k216 5
Do đó suy ra k24 không l| số nguyên tố
Do vậy từ c{c trường hợp trên suy ra để k24 và k216 l| c{c số nguyên tố thì k phải chia hết cho 5
Bài 2 Cho một tam gi{c có số đo ba cạnh l| x, y, z nguyên thỏa mãn điều kiện:
Chứng minh tam gi{c đã cho l| tam gi{c đều
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Bình Định năm học 2009 – 2010
Lời giải
Trang 3Ta có 2 2 2
2x 3y 2z 4xy 2xz 20 0 Ta có x, y, z l| c{c số nguyên dương nên từ đẳng
thức đã cho ta suy ra được y l| số chẵn Đặt *
y 2k k N v| thay v|o điều kiện trên ta
Suy ra x y z 2 Vậy tam gi{c đã cho l| tam gi{c đều
Bài 3 Tìm số tự nhiên abc thoả mãn điều kiện 2
c
Trang 4M| ta lại thấy a b 9a 3k 1 9a không chia hết cho 3 nên 10 a b 9a không chia
hết cho 3 hay c không thuộc tập hợp N
Nếu a b 3 ta có
10 3 9a 6 1 3a
c
35 7 Vì ta có 0 a 4 và 1 3a 7 suy ra a2, khi đó c 6; b 1 Ta có số 216 thoả mãn yêu cầu b|i to{n
Vậy số abc 216 l| số cần tìm
Bài 4 Cho ba số nguyên dương a, p, q thỏa mãn c{c điều kiện:
i) ap 1 chia hết cho q ii) aq 1 chia hết cho p
2 p q
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên ĐHSP Hà Nội năm học 2009 – 2010
Lời giải
Từ giả thiết ta được ap 1 aq 1 pq suy ra a pq ap aq 1 pq 2
Mà a pq pq nên ta được 2 ap aq 1 pq Do a, p, q l| c{c số nguyên dương nên
ap aq 1 và pq l| c{c số nguyên dương Suy ra ap aq 1 pq
Mà do a p q 1 nên ta được 2a p q pq hay
pqa
2 p q B|i to{n được chứng
minh xong
Trang 5Bài 5 Tìm tất cả c{c cặp số nguyên a; b nghiệm đúng điều kiện
Trang 6Vì y nguyên tố nên ta được c{c trường hợp sau.
k 1 3 , điều n|y không xẩy ra vì 2
k 1 không chia hết cho 3
y 3 2 2x y 2 2k 3y y 3 4k 12 y 3 2k y 3 2k 12
Từ đó tìm được y 7 , thay v|o ta được x 8; z 13
Vậy c{c số nguyên dương x; y; z 8;7;13 thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 7 Giả sử m v| n l| c{c số nguyên dương với n 1 Đặt S m n 2 24m 4n Chứng minh rằng:
Trang 7 Trường hợp 1 Nếu m n , khi đó theo như chứng minh trên ta được
mn 1 S mn nên S không thể l| số chính phương
Trường hợp 2 Nếu m n , khi đó ta được S m n Lại có 2 2 2
Giả sử tồn tại c{c bộ số a; b; c gồm c{c chữ số trong hệ thập ph}n a, b, c đôi một kh{c
nhau v| kh{c 0 sao cho đẳng thức ab b
c
ca đúng
Khi đó đẳng thức trên trở thành 10a b c 10c a b hay 2.5.c a – b b a – c
Suy ra 5 l| ước số của b a – c Do 5 nguyên tố v| 1 a, b,c 9 , lại có a c nên ta được
Trang 8Từ đó suy ra 2a 9 3 hoặc 2a 9 9 vì a5
Trường hợp n|y tìm được a; b; c 6; 5; 2 , 9; 5;1 thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Trường hợp 2 Với a c 5 ta được a c 5 nên
2c 1 nên ta được 2c 1 3 hoặc 2c 1 9 vì c 0 Trường hợp n|y tìm được a; b; c 6; 4;1 , 9; 8; 4 thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Trường hợp 3 Với c a 5 ta được c a 5 nên
2a 9 Do đó trường hợp n|y không xét
Vậy c{c bộ số thỏa b|i to{n l| a; b; c 6; 5; 2 , 9; 5;1 , 6; 4;1 , 9; 8; 4
Bài 9 Tìm tất cả c{c dãy số tự nhiên chẵn liên tiếp có tổng bằng 2010
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Quốc Học Huế năm học 2010 – 2011
Nên suy ra y 1 2; 3; 5; 6;10;15; 30; 67;134; 201; 335; 402; 670;1005; 2010
Hay ta được y1; 2; 4; 5; 9;14; 29; 66;133; 200; 334; 401; 669;1004; 2009 Đến đ}y ta có + Với y 1 ta có 2x 1 1005 2x 1004 nên dãy số cần tìm là 1004, 1006
+ Với y 2 ta có 2x 2 670 2x 668 nên dãy số cần tìm l| 668, 670, 672
+ Với y 4 ta có 5 2x 4 20102x 398 nên dãy số cần tìm l| 398, 400, 402, 404, 406 + Với y 5 ta có 6 2x 5 20102x 330 nên dãy số cần tìm l| 330, 332, 334, 336, 338,
340
+ Với y 9 ta có 10 2x 9 20102x 192 , nên dãy số cần tìm l|
Trang 9192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210 + Với y 14 ta có 15 2x 14 20102x 120 nên dãy số cần tìm l| 120, 122, 124, 126, ,
Vậy chỉ có 7 dãy số tự nhiên chẵn liên tiếp như trên thoả điều kiện b|i to{n
Bài 10 Tìm tất cả c{c số nguyên dương a, b sao cho 2
Do a, b, k l| c{c số nguyên dương nên ta suy ra được m 1
Do đó ta suy ra được b 1 m 1 0, điều n|y dẫn đến a 1 k 1 ka 0
M| ta có a l| số nguyên dương nên ta suy ra được k 1 ka 0 hay k a 1 1
M| k cũng l| số nguyên dương nên từ k a 1 1 ta được k a 1 0 hoặc k a 1 1 + Nếu k a 1 0 ta suy ra được a 1 0 a 1, khi đó ta được b 1 m 1 2
Do 2 l| số nguyên tố nên từ b 1 m 1 2 ta được b 1 1 hoặc b 1 2 Từ đó suy ra
b 2 hoặc b 3
Do đó trong trường n|y ta được hai cặp số nguyên dương thỏa mãn b|i to{n l| a 1; b 2
và a 1; b 3
Trang 10+ Nếu k a 1 1, khi đó ta được k 1;a 2 , khi đó ta được b 1 m 1 0 Từ đ}y suy
ra b 1 hoặc m 1 Với m 1 , kết hợp với hệ thức mb a k ta suy ra được b 3 Do
đó trong trường n|y ta được hai cặp số nguyên dương thỏa mãn b|i to{n l| a 2; b 1 và
a 2; b 3
Vậy c{c cặp số nguyên dương a; b thỏa mãn yêu cầu b|i to{n l| 1; 2 , 1; 3 , 2;1 , 2; 3
Bài 11 Tìm tất cả c{c số nguyên x, y, z thỏa mãn c{c điều kiện x y z và 3 3 2
Do y l| một số nguyên nên ta được y0; 1; 2
+ Với y 0 , khi đó ta có hệ phương trinh
Trang 11Từ phương trình trên suy ra 2t27t 0 t 2t 7 0 0 t 3 (do t )
Mặt kh{c cũng theo phương trình trên thì t 7 nên ta được t0 Suy ra y 2y 3 0 nên
y 0
Do đó ta được x 1 Thử lại ta thấy x; y 1; 0 thoả mãn phương trình đã cho
Vậy phương trình đã cho có nghiệm nguyên l| x; y 1; 0
Bài 13 Tìm tất cả c{c số nguyên tố p có dạng 2 2 2
p a b c với a, b, c l| c{c số nguyên
dương sao cho a4b4c chia hết cho p 4
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên ĐHSP Hà Nội năm học 2011 – 2012
Lời giải
Do vai trò của a, b, c như nhau nên không mất tính tổng qu{t ta giả sử 1 a b c
Khi đó do p a 2b2c nên 2 p2 a2b2c22 p hay
a4b4 c4 2a b2 22b c2 22c a2 2 p M| ta lại có a4b4c4 p nên ta được
Trang 12Lại có ab 2ab a 2b nên ta được 2 1 ab c 2 a2b2c2 p, do đó ab c ; p 2 1 Từ
Vậy p 3 l| số nguyên tố thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 14 Cho ba số tự nhiên x, y, z thoả mãn điều kiện 2 2 2
x y z Chứng minh rằng xy 12
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Ninh Bình năm học 2011 – 2012
Lời giải
Trước hết ta có nhận xét: Với số tự nhiên n thì
+ Nếu n 3k 1 n2 9k26k 1 nên n2 chia 3 có số dư l| 1
Nếu x, y, z đều không chia hết cho 3 thì x ; y ; z đều chia cho 3 dư 1 khi đó 2 2 2 x2y 2
chia cho 3 dư 2 v| z chia cho 3 dư 1, điều n|y m}u thuẫn với 2 x2y2 z 2
Do đó trong hai số x, y tồn tại ít nhất một số chia hết cho 3 nên suy ra suy xy 3
Nếu x, y, z đều không chia hết cho 4 thì x ; y ; z đều chia cho 4 dư 1 hoặc dư 0 Khi đó 2 2 2xẩy ra c{c khả năng sau
+ Nếu x2y chia cho 4 dư 2 v| 2 z2 chia cho 4 dư 1, điều n|y m}u thuẫn với x2y2 z 2
Do đó trong hai số x, y tồn tại ít nhất một số chia hết cho 4 Do đó suy ra xy 4
+ Nếu x2y chia hết cho 8 v| 2 z chia cho 8 dư 4, điều n|y m}u thuẫn với 2 x2 y2 z 2
Do đó trong hai số x, y tồn tại ít nhất một số chia hết cho 4 Do đó suy ra xy 4
Vì xy 3 và xy 4 Mà 3 và 4 l| hai số nguyên tố cùng nhau nên ta được xy 12
Trang 13Bài 15 Tìm tất cả c{c số nguyên tố p sao cho tồn tại cặp số nguyên x; y thoả mãn hệ:
Lấy hiệu theo vế của hai đẳng thức đã cho ta được p p 1 2 y x y x 3
Suy ra ta được 2 y x y x p 4 Mặt kh{c từ 1 ta thấy p l| số lẻ v| x 1
Do đó ta có 2 2 2
p 1 2x x x x 1 nên p x
Từ 2 ta lại có y 1 nên 2 2 2 2 2
p 1 2y y y y 1 suy ra p y
Từ 3 ta suy ra được y x Từ đó ta được 0 y x p Chú ý p l| l| số nguyên tố lẻ nên
từ 4 ta suy ra được x y p M| ta lại có 0 x y 2p nên ta được x y p
Thay vào 3 ta được p 1 2 y x Từ đó suy ra
Thay p 7 vào 2 ta được 72 1 2y nên 2 y 5
Vậy p 7 thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Nhận xét Ngoài cách giải như trên ta còn có thể giải bằng cách xét các khả năng của p: Với p chẵn
không xẩy ra Với p 4k 1 khi đó ta được
2 2
các giá trị của k để 8k24k 1 là các số chính phương
Bài 16 Tìm tất cả c{c số nguyên dương x ,x ,1 2 ,x ; nn thỏa mãn c{c điều kiện sau:
Trang 14x 5.1 4
11x
+ Với n 4 thì bất đẳng thức trên xẩy ra dấu bằng nên x1 x2 x3 x4 4
Vậy c{c bộ số thỏa mãn yêu cầu b|i to{n l|
Xét n 2010 hoặc n 2011 hoặc n 2012 thì đều thỏa mãn thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Xét n 2001; n 2011; n 2012 , khi đó ta có c{c khả năng sau
Trang 15+ Nếu n lẻ thì n 2010; n 2011 n 2011; n 2012 n 2010; n 2012 1 Do đó để tích l| số chính phương thì n 2001; n 2011; n 2012 l| ba số chính phương Nhưng
Vậy n2010; 2011; 2012 l| c{c số thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 18 Giả sử a v| b l| c{c số nguyên dương sao cho 2
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Hải Dương năm học 2011 – 2012
Lời giải
+ Nếu d 0 thì bất đẳng thức cần chứng minh hiển nhiên đúng
+ Nếu d 0 Giả sử a dm; b dn với m, n là các số nguyên dương
a b l| số nguyên lớn nhất
không vượt qu{ a b Do đó ta được
d a b Bài to{n được chứng minh
Bài 19 Ta tìm hai số nguyên dương x, y sao cho
Trang 16xy 2 , không thỏa mãn đề b|i
Với xy Khi đó giả sử bộ ba số nguyên dương x; y; z thỏa mãn đề b|i
Do đó ta có y x 22 xy 2 hay x xy 2 2 x y xy 2 nên 2 x y xy 2 Suy ra tồn tại số k nguyên dương sao cho 2 x y k xy 2 1
+ Với k 2 suy ra x y xy 2 nên x 1 y 1 3 0, điều n|y vô lí
Từ 53 số tự nhiên đã cho chọn được 3 số m| tổng của chúng l| a1 chia hết cho 3 Xét
50 số còn lại chọn được 3 số m| tổng l| a chia hết cho 3 Lặp lại lập luận n|y từ 53 số ta 2
Trang 17chọn được 17 bộ số m| mỗi bộ số gồm 3 số có tổng lần lượt l| a ;a ; ;a1 2 17 sao cho mỗi
tổng đều chia hết cho 3
Chứng minh tương tự nhận thấy từ 5 số tự nhiên bất kì m| mỗi số đều chia hết cho 3
ta chọn được 3 số có tổng chia hết cho 9 Vậy từ 17 số a ;a ;1 2 ;a17 ta chọn được 5 bộ mỗi
bộ gồm 3 số có tổng lần lượt l| b ; b ;1 2 ; b5 sao cho b 9i với i1; 2; 3; 4; 5 Từ 5 số chia hết cho 9 l| b ; b ; b ; b ; b1 2 3 4 5 chọn được 3 số m| tổng của chúng l| chia hết cho 27 Tổng của
3 số n|y chính l| tổng của 27 số ban đầu Vậy từ 53 số tự nhiên bất kì luôn chọn được 27
số m| tổng của chúng chia hết cho 27
Bài 21 Tìm tất cả c{c số nguyên x, y, z thoả mãn 2 2 2 2 2
Từ phương trình trên suy ra z 3 và 2 z2 33 Vì z nguyên nên z 0 hoặc z 3
Với z 0 , khi đó phương trình trên trở th|nh 2 2
x 3 3 nên không có số nguyên x n|o thỏa mãn
Với z 3 , khi đó ta được 2 2
x 3 11y 8 Từ đó suy ra 2
11y 8 nên y 0 Từ đó suy
ra không có số nguyên x n|o thỏa mãn
Vậy phương trình có c{c nghiệm nguyên l| x; y; z 0;1; 0 , 0; 1; 0 , 6;1; 0 , 6; 1; 0
Bài 22 Tìm c{c số nguyên tố p sao cho hai số 2 p 1 và 2
2 p 1 l| hai số chính phương
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Quốc Học Huế năm học 2011 – 2012
Lời giải
Trang 18Giả sử tồn tại c{c số nguyên tố p để 2 p 1 và 2 p 2 1 l| hai số chính phương
Do 2 l| số nguyên tố nên suy ra p 1 và 2
cũng l| c{c số chính phương Giả sử tồn tại c{c số nguyên dương x v| y thỏa mãn
Đặt 2
p 1 2x 1 và 2 2
p 1 2y 2
Lấy hiệu theo vế của hai đẳng thức đã cho ta được p p 1 2 y x y x 3
Suy ra ta được 2 y x y x p 4 Mặt kh{c từ 1 ta thấy p l| số lẻ v| x 1
Do đó ta có p 1 2x 2 x2x2 x 1 nên p x
Từ 2 ta lại có y 1 nên p2 1 2y2 y2y2 y21 suy ra p y
Từ 3 ta suy ra được y x Từ đó ta được 0 y x p Chú ý p l| l| số nguyên tố lẻ nên
từ 4 ta suy ra được x y p Mà ta lại có 0 x y 2p nên ta được x y p
Thay vào 3 ta được p 1 2 y x Từ đó suy ra
Vậy p 7 thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 23 Cho a, b, c l| c{c số nguyên sao cho 2a b,2b c,2c a đều l| c{c số chính phương
a) Biết rằng ít nhất một số trong ba số chính phương trên luôn chia hết cho 3 Chứng minh rằng tích a b b c c a chia hết cho 27
b) Tồn tại hay không c{c số nguyên thỏa mãn điều kiện ban đầu sao cho
a b b c c a không chia hết cho 27
Trích đề TS lớp 10 trường PTNK ĐHQG Thành phố Hồ Chí Minh năm học 2011 – 2012
Lời giải
Trang 19phương M| ta lại có a b b c c a 1 1 2 2 không chia hết cho 27
Vậy a 0; b 1; c 2 l| bộ số thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 24 Tìm số nguyên dương n sao cho n 2n 1
k 13u4k 1 v
Trang 20Vậy không tìm được n thỏa mãn yêu cầu bài toán
Bài 25 Tìm tất cả c{c bộ hai số chính phương n; m m| mỗi số có đúng 4 chữ số, biết rằng mỗi chữ số của m bằng chữ số tương ứng của n cộng thêm với d, ở đ}y d l| một số nguyên dương n|o đó cho trước
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Vĩnh Phúc năm học 2012 – 2013
Bài 26 Tìm hai số nguyên a, b để 4 4
Trang 21a) Chứng minh rằng số 287 l| một số điều hòa
b) Chứng minh rằng số n p (với p l| một số nguyên tố) không thể l| số điều hòa 3
c) Chứng minh rằng nếu số n p.q (với p v| q l| c{c số nguyên tố kh{c nhau) l| số điều hòa thì n 2 l| một số chính phương
Trích đề TS lớp 10 trường PTNK ĐHQG Thành phố Hồ Chí Minh năm học 2012 – 2013
287 3 1 7 41 287 nên 287 l| số điều hòa
b) Giả sử n p l| số điều hòa Vì p l| số nguyên tố nên c{c ước dương của 3 n p là 3
1; p; p ; p
Ta có 3 2 2 2 4 6 6 3 2 2 4 6 3 2
Trang 22Do đó ta được 8 p m| p l| số nguyên tố nên p 2 Khi đó p p 36p2p28 8 Do vậy
đẳng thức trên không xẩy ra với p l| số nguyên tố Nên điều giả sử l| sai hay n p 3
không thể l| số điều hòa
c) Ta có n pq l| số điều hòa với p v| q l| c{c nguyên tố kh{c nhau Do đó ta được
Bài 28 Tìm c{c số nguyên tố p sao cho 2 3 4
Vậy p 3 l| số nguyên tố thỏa mãn yêu cầu b|i to{n
Bài 29 Với mỗi số nguyên dương n ta ký hiệu Sn l| tổng của n số nguyên tố đầu tiên như sau
Trang 23M a 3a 1 với a l| số nguyên dương
a) Chứng minh rằng mọi ước của M đều l| số lẻ
b) Tìm a sao cho M chia hết cho 5 Với những gi{ trị n|o của a thì M l| lũy thừa của
a 1 5 suy ra a 1 5 Do đó a chia cho 5 dư 1, tức l|
tồn tại số tự nhiên k thỏa mãn a 5k 1
Đặt 2 n *
a 3a 1 5 n N Ta có 5 5 và theo trên ta có n a 5k 1 nên ta được
Trang 24 2 n 2 n n
Nếu n 2 ta có 5 5 , mà n 2 25k k 1 5 2 M| 5 không chia hết cho 5 nên đẳng thức trên 2không thỏa mãn
Vậy n 1 Từ đó ta có 25k k 1 0 với k l| số tự nhiên nên suy ra k 0 v| do đó a 1
Do vậy a 1 thì M l| lũy thừa của 5
Bài 31 Cho x, y l| c{c số tự nhiên kh{c 0 Tìm gi{ trị nhỏ nhất của biểu thức 2x y
Trích đề TS lớp 10 trường THPT Chuyên Tỉnh Thanh Hóa năm học 2013 – 2014
Lời giải
Đặt k 2x nên k l| số chẵn Ta đi tìm gi{ trị nhỏ nhất của A 36k5 y
Dễ thấy A 11 khi k 2; y 2 hay x 1; y 2 Ta chứng minh A 11 l| gi{ trị nhỏ nhất của A
+ Nếu y l| số chẵn thì 36k 0 mod 3 ; 5 y 1 mod 3 nên 36k5y 2 mod 3
Mà 1 1 mod 3 nên phương trình trên vô nghiệm
Do đó phương trình trình vô nghiệm
Vậy gi{ trị nhỏ nhất của A l| 11 khi x 1; y 2
Bài 32 Tìm tất cả c{c cặp số nguyên dương a; b sao cho
2
a 2
ab 2 l| số nguyên