Đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia môn Toán THPT - Năm học 2018-2019 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Tĩnh (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia môn Toán THPT - Năm học 2018-2019 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Tĩnh (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HÀ TĨNH DỰ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM HỌC 2018 2019 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn thi: TOÁN Ngày thi thứ nhất: 20/9/2018 (Đề thi có 1 trang, gồm 4 bài) Thời gian làm bài: 180 phút Bài 1. (5,0 điểm) Cho dãy số thực xn được xác định bởi công thức: 1 x1 1; xn 1 x n với mọi n 1,2,3 2xn Chứng minh rằng: 1 1 1 a) n nx n H , với mọi n 1,2,3 trong đó H 1  . n6 n n 2 n b) 9x81  81 (kí hiệu x là phần nguyên của số thực x ). Bài 2. (5,0 điểm) Cho số nguyên a và đa thức P() x hệ số nguyên, hệ số bậc cao nhất là 1. Ta xây dựng dãy số ()an xác định bởi: a0 a , an 1 P a n với mọi n N . Chứng minh rằng, tồn tại số nguyên dương m thỏa mãn một trong hai điều kiện sau: i) |a | | a | | a | m m 1 m 2 ii) am, a m 1 , a m 2 là dãy tuần hoàn với chu kì T 2 . Bài 3. (5,0 điểm) Cho tam giác ABC và hai điểm M, N nằm trên các cạnh AC, AB sao cho MN song song với BC. Điểm P di chuyển trên đoạn thẳng MN. Lấy các điểm E, F sao cho EP AC, EC  BC , FP AB, FB  BC . a) Chứng minh rằng đường thẳng EF đi qua một điểm cố định khi P di chuyển. b) Đường thẳng qua A vuông góc EF cắt BC tại Q. Chứng minh rằng trung trực của BC đi qua trung điểm của PQ. Bài 4. (5,0 điểm) Cô giáo có tất cả 2020 viên kẹo gồm 20 loại kẹo khác nhau, mỗi loại ít nhất có 2 viên kẹo. Cô chia hết kẹo cho các học sinh của mình, mỗi người một số viên kẹo và không có học sinh nào nhận được nhiều hơn một viên kẹo ở một loại kẹo. Cô yêu cầu hai học sinh khác nhau bất kì so sánh các viên kẹo mình nhận được và viết số loại kẹo mà cả hai cùng có lên bảng. Biết rằng mỗi cặp học sinh bất kì đều được lên bảng đúng một lần. Gọi tổng các số được viết lên bảng là M. a) Xác định giá trị nhỏ nhất của M. b) Với giả thiết tương tự nhưng thay 20 loại kẹo khác nhau bởi 19 loại kẹo khác nhau, hãy tìm giá trị nhỏ nhất của M trong trường hợp tương ứng này. HẾT Thí sinh không được sử dụng tài liệu và máy tính cầm tay; Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ và tên thí sinh .Số báo danh
2. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN DỰ THI HỌC SINH GIỎI HÀ TĨNH QUỐC GIA THPT NĂM HỌC 2018 2019 Môn: TOÁN Ngày thi thứ nhất HƯỚNG DẪN CHẤM Bài Đáp án Điểm 2 2 1 2 2 Do xn 1 x n 2 1, x1 1 nên ta chứng minh quy nạp xn n . 4xn 2 Với n 1 thì mệnh đề đúng. Giả sử mệnh đề đúng đến n , tức là xn n . 1 1.a 2 1 Suy ra xn 1 n 1 2 n 1 đúng. Từ đó ta có nxn n. 2,5 4xn n 1 n 1 điểm 2 21 2 1 1 1 Lại có xn x n 1 2 1  x 1 n 1  2 n  4xn 1 k 1 4 x k 4 k 1 k 2 1,5 1 1 1 n Hn n H n nx n n H n . 4 6 n 6 Ta chứng minh H81 6 . 1 Trước hết ta chứng minh bất đẳng thức: Hn 1 ln n . Thật vậy, xét hàm số 1 1 1 f x ln x 1 ln x ln 1 x 0 x 1 x x 1 1 1 0,5 1.b f x 0 ,  x 0 nên hàm số f x giảm trên x x 1 2 2,5 x 1 điểm 1 khoảng 0; f x 0,  x 0 , hay ln x 1 ln x * x 1 Áp dụng BĐT trên ta có : 1 1 1  1 ln2 ln1 ln3 ln2  ln81 ln80 1 ln81 6 2 81 1 1 Từ đó : 81 81x 81 H 82 9x81  81. 816 81 Trường hợp 1. Với degP ( x ) 1 thì P() x x c , c nguyên. Suy ra a a n. c với mọi n N hay ()a là cấp số cộng. n 0 n +) Nếu c 0 , dãy ()an là dãy hằng, chọn m 1thì chu kì T 1, thỏa mãn ii) 2 +) Nếu c 0 , chọn m | a0 | 1, khi đó: 0 am a m 1 a m 2 nên 2 5 điểm |am | | a m 1 | | a m 2 | thỏa mãn i) +) Nếu c 0 , chọn m | a0 | 1, khi đó: 0 am a m 1 a m 2 nên |am | | a m 1 | | a m 2 | , thỏa mãn i). 1
3. Trường hợp 2. Với degP ( x ) 2 , Xét đa thức Q()() x P2 x x 2 , Q() x bậc chẵn, có hệ số bậc cao nhất là 1 1 nên tồn tại số x nguyên dương để Q( x ) 0 | P ( x ) | | x |với mọi |x | x . 0 0 Nếu tồn tại m để | am | x0 thì |am | | a m 1 | | a m 2 | , thỏa mãn i). Ngược lại: | am | x0 với mọi m đủ lớn. Vì vậy dãy ()an bị chặn nên nó tuần 1 hoàn. Ta chứng minh chu kì T 2. Giả sử dãy am, a m 1 , a m 2 , tuần hoàn theo chu kỳ T 2 . Khi đó a, a , , a đôi một phân biệt và a a . m m 1 m T 1 m m T Ta có: am a m 1| P ( a m ) P ( a m 1 ) a m 1 a m 2 . Hoàn toàn tương tự, suy ra: aaaaaammm 1| 1 m 2 | m 2 m 3 | | a mT 1 aaa mTmTmT | 1 aa mm 1 Do đó: |am a m 1 | | a m 1 a m 2 | | a m 2 a m 3 | | a m T 1 a m T |. 1 Nếu tồn tại p T để: thì a a am p a m p 1 () a m p 1 a m p 2 m p m p 2 nên dãy tuần hoàn theo chu kì T 2, vô lý. Suy ra: am a m 1 a m 1 a m 2 a m 2 a m 3 a m T 1 a m T . Hay a, a , a , , a là cấp số cộng, nên a a a a , m m 1 m 2 m T m m 1 m 2 m T vô lý. Vậy T 2, thỏa mãn ii). Kết luận: luôn tồn tại số nguyên dương m thỏa mãn bài toán. K E G A 3.a 2,5 điểm F I T S N P M B D Q J H C 2
4. Gọi AD là đường cao tam giác ABC, MN cắt CE, BF tại S, T. Đường thẳng qua S vuông góc với AB cắt EF, BF lần lượt tại I và G. 1 Ta có SPE  DAC và TPF  DAB. IE ES ESPS ESTP CDAD DC Từ đó . 1 IF FG PS FG PS TF AD DB DB Vậy I thuộc AD suy ra I là giao điểm của AD và SG cố định. 0,5 Ta có điều phải chứng minh. Gọi H là hình chiếu của P lên BC. Ta sẽ chứng minh QB = HC từ đó suy ra trung trực BC chia đôi PQ. 0,5 Cũng từ SPE  DAC và TPF  DAB. PE PE PS PT AC HC AD AC HB DC 3.b Ta có . PF PS PT PF AD HB AB AB HC DB 2,5 1 điểm Lấy K thuộc AC sao cho BK AQ. Ta dễ thấy ABK  PFE. QB BQ AK AB QC PE AB AB AC HB HB QC AK AB QC AC PF QC AC AB HC HC 1 Lại có H, Q đều nằm giữa BC nên dễ suy ra QB = HC (đpcm) Gọi a1, a 2 , , a 20 là số viên kẹo của loại kẹo thứ 1,2, ,20 với ai 2. Với loại kẹo thứ i (1 i 20), ta đếm số bộ (,)AB mà hai học sinh AB, đều có loại kẹo này. Số bộ cần đếm là C 2 . ai 1 Khi đó, theo giả thiết, tổng số bộ chính là M hay 20 20 2 MC trong đó ai 2020.  ai  i 1 i 1 4.a Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacốpky ta có: 2,5 20 202 20 điểm ai a i 1 a a M i i 2  2  2 i 1 i 1 i 1 1 2 20 a  i 20 a 20202 2020 1  i 101000 2.20i 1 2 2.20 2 Dấu “=” xảy ra khi a 101,  i 1,2, ,20. i 0,5 Vậy giá trị nhỏ nhất (GTNN) của M là 101000. 3
5. 19 19 19 ai a i 1 12 1 Như lý luận ở câu a, ta có: M   ai  a i nên biểu i 12 2 i 1 2 i 1 19 2 thức M đạt GTNN ai đạt GTNN. 1 i 1 19 a2 Ta sẽ chứng minh:  i đạt GTNN khi ai a j 1 với mọi 1 i , j 19 . (1) i 1 Thật vậy: Xét bộ 4 số a, b, c, d mà a b 2 ; c a 1; d b 1 thì ta có: 2 2 2 2 2 2 0,5 4.b cd ab a b 1 ab và a b c d suy ra a b c d . 2,5 Mở rộng tính chất này cho nhiều số ta suy ra (1) được chứng minh. điểm Do đó M đạt GTNN khi có t số giá trị là k và 19 t số có giá trị là k 1 với 0 t 19 và GTNN là 1 M tk2 (19 t )( k 1) 2 2020 . 2 Ta có tk (19 t )( k 1) 2020 t 19 k 2001. 1 2001 2020 Do 0 t 19 nên k . Từ đây ta có k 106, t 13. 19 19 1 Thay vào ta được GTNN của M là 13.1062 6.107 2 2020 =106371. 2 4
6. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN HÀ TĨNH DỰ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM HỌC 2018 2019 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn thi: TOÁN Ngày thi thứ hai: 21/9/2018 (Đề thi có 1 trang, gồm 4 bài) Thời gian làm bài: 180 phút Bài 1. (5 điểm) Ký hiệu tập hợp M  10; 9; 8; ;9;10. Xét đa thức P x x3 ax 2 bx c 9 trong đó các hệ số a,, b c đều thuộc tập hợp M. Biết rằng P 2 2 , chứng 2018 minh đa thức P x có ba nghiệm thực phân biệt. Bài 2. (5 điểm) Cho một khung sắt có hình dạng là một tứ diện đều mỗi cạnh có độ dài 1 mét. Một con bọ ban đầu ở tại một đỉnh của tứ diện, bắt đầu di chuyển liên tục trên các cạnh của tứ diện theo quy tắc: tại mỗi đỉnh nó đến, nó sẽ chọn một trong ba cạnh tại đỉnh đó và di chuyển theo cạnh đó đến đỉnh tiếp theo. Với mỗi số nguyên dương n, tìm số cách đi của con bọ để nó trở lại đúng đỉnh ban đầu sau khi đã đi được đúng n mét. Bài 3. (5 điểm) Cho tam giác ABC nhọn, không cân, đường cao AH, nội tiếp trong đường tròn tâm O. Đường tròn nội tiếp tam giác ABC có tâm là điểm I tiếp xúc với các cạnh BC, CA, AB lần lượt tại các điểm D, E, F. Gọi M là điểm chính giữa cung nhỏ BC của đường tròn (O). Đường thẳng MD cắt lại đường tròn (O) tại điểm N, đường thẳng AN cắt đường thẳng BC tại điểm P. a) Chứng minh rằng tam giác ANI vuông và tứ giác AIHP nội tiếp. b) Đường thẳng MH cắt lại đường tròn (O) tại điểm S, đường thẳng NS cắt đường thẳng BC tại điểm Q. Chứng minh rằng tiếp tuyến của đường tròn (O) tại điểm N đi qua trung điểm của đoạn thẳng PQ. Bài 4. (5 điểm) Cho k là số tự nhiên lớn hơn 1. Xét dãy số an xác định bởi: a0 0; a 1 1 và an 1 ka n a n 1 với mọi n N *. Xác định tất cả các giá trị của k sao cho tồn tại các số tự nhiên m, n (với m n) và các số nguyên dương p, q thỏa mãn điều kiện: am ka p a n ka q . HẾT Thí sinh không được sử dụng tài liệu và máy tính cầm tay; Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ và tên thí sinh .Số báo danh .
7. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN DỰ THI HỌC SINH GIỎI HÀ TĨNH QUỐC GIA THPT NĂM HỌC 2018 2019 Môn: TOÁN Ngày thi thứ hai HƯỚNG DẪN CHẤM Bài Nội dung Điểm Bài 1 3 2 Ta có P2 2 2 2 a 2 2 b 2 2 c 5 điểm = 20 14 2 a 6 4 2 b 2 2 c = 20 6a 2 b c 14 4 a b 2 1 = m n 2 với m 20 6 a 2 b c ; n 14 4 a b . Do a,, b c M nên m 110 và n 64. Trước hết ta chứng minh 2 2 là nghiệm của P x . Giả sử ngược lại rằng 2 2 không phải là nghiệm của P x . Khi đó P 2 2 0 1 m n 2 0 m, n không đồng thời bằng 0. 3 Suy ra m n 2 0 và m n2 m n 2 110 64. 206. 2 m2 2 n 2 1 9 Từ đây ta có P 2 2 m n 2 , mâu m n 2 206 2018 1 thuẫn với giả thiết ban đầu. Vì vậy 2 2 là nghiệm của P x . Do 2 2 là nghiệm của P x nên m n 2 0 m n 0 . Ta có 1 P 2 2 m n 2 0 nên 2 2 cũng là nghiệm của P x . Mặt khác 2 2 và 2 2 là hai nghiệm của tam thức x2 4 x 2 nên ta 2 c c phải có P x x 4 x 2 x hay P x còn có nghiệm Q . 1 2 2 Vậy P x có ba nghiệm thực phân biệt. Bài 2 A 5 điểm Giả sử khung sắt có dạng là một hình tứ diện đều ABCD mỗi cạnh có độ dài 1 mét và ban đầu con bọ ở tại đỉnh A. 1 Gọi a , b , c , d là số cách B D n n n n đi để đúng sau khi đi được n mét con bọ sẽ tương ứng đến C A, B, C, D. 1
8. Với mỗi n > 1, i) Do tính đối xứng của các đỉnh B, C và D nên bn = cn = dn , (1) ii) Muốn đi đến A phải từ B, C hoặc D đi thêm 1 mét nữa nên: 2 an = bn 1 + cn 1 + dn 1 , (2) iii) Tương tự cũng có: bn = an 1 + cn 1 + dn 1 (3) Từ (1) và (2) ta có: an = 3bn 1 an 1 = 3 bn . Kết hợp với (3) ta được: an 1 = 3bn = 3( an 1 + cn 1 + dn 1 ) = 3( an 1 + 2bn 1 ) = 3 an 1 + 2 an 1 hay là an 1 = 2 an + 3 an 1 với mọi n > 1. Dãy số này có phương trình đặc trưng t 2 2t 3 , có các nghiệm t 3 và t 1 nên số hạng tổng quát của dãy có dạng: a A.3n B.( 1)n với mọi n N*. n 1 Kết hợp với a1 = 0, a2 = 3 ta tính được kết quả: 3n 3.( 1)n a = với mọi n N*. n 4 Bài 3 a) (3 điểm) 5 điểm A N E O F I P B H D C M Ta xét trường hợp AB < AC, trường hợp còn lại tương tự. NB DB Ta có ND là phân giác trong tam giác NBC nên . NC DC NB FB Lại có DB = FB và DC = EC nên suy ra . NC EC 1 Kết hợp với NBF = NCE ta được NBF  NCE. Suy ra NFB = NEC NFA = NEA các điểm A, N, E, F nằm trên một đường tròn. Do đường tròn này có đường kính là AI, suy ra tam giác ANI vuông tại N. 2
9. Theo tính chất quen thuộc ta có MB = MC = MI, suy ra các điểm B, I, C nằm trên đường tròn tâm M, ta ký hiệu là (M). Ta có PN.PA = PB.PC 1 suy ra P có cùng phương tích đối với hai đường tròn đường kính AI và đường tròn (M). Lại có hai đường tròn này có M nằm trên AI và có điểm chung I suy ra chúng tiếp xúc ngoài với nhau tại I. Từ đó PI là trục đẳng phương của 1 hai đường tròn, suy ra PI  AI. Kết hợp với PH  HA ta suy ra tứ giác AIHP nội tiếp đường tròn đường kính AP. b) (2 điểm) A N E O F T I S X P Y Q B H D C M Gọi T là giao điểm khác A của AH và đường tròn đường kính AI. Suy ra IT  AH nên IDHT là hình chữ nhật. Khi đó theo định lý Simsơn thì N, 1 T, D thẳng hàng (do I nằm trên đường tròn ngoại tiếp tam giác APH) suy ra đường thẳng MN đi qua trung điểm X của đoạn IH. Gọi Y là trung điểm của PQ. Ta chứng minh NY là tiếp tuyến của đường tròn (O). Xét hai tam giác MIH và NPQ có: IMH = PNQ (tứ giác ANSM nội tiếp) và MIH = NPQ (tứ giác AIHP nội tiếp) nên MIH  NPQ. Do 1 MX và NY là trung tuyến tương ứng của các tam giác trên nên suy ra MXH  NYQ HMX = QNY hay SMN = SNY suy ra NY là tiếp tuyến của đường tròn (O). Bài 4 Với k = 2, ta có dãy a0 0; a 1 1 và an 1 2 a n a n 1 với mọi n N *. 5 điểm Suy ra a2 2; a 3 5. Khi đó a0 2 a 2 4 a 2 2 a 1 nên cặp 1 m, n 0,2 và p, q 2,1 thỏa mãn điều kiện bài toán. Ta sẽ chứng minh với mọi số tự nhiên k 3 đều không thỏa mãn bài toán bằng phản chứng. Thật vậy với k 3 thì an là dãy tăng đồng thời an 1 a n 1 ka n a n 1 với mọi n N *. Do đó, với mọi n N thì a2n  a 0  0(mod k ) và a2n 1 a 1  1(mod k ) (*). 3
10. Giả sử tồn tại các cặp số m, n N và p, q N* thỏa mãn m n và am ka p a n ka q . Không mất tính tổng quát giả sử m < n, suy ra am a n, a p a q , ta có các trường hợp sau đây: Trường hợp 1: p < m < n. Khi đó am ka p a m ka m 1 ka m a m 1 a m 1 aaka n n q mâu thuẫn, nên trường hợp này không thỏa mãn. Trường hợp 2: p = m < n. +) Nếu p = m = n – 1 thì an ka q am ka p k 1 a n 1 an a n 1 k a n 1 a q , vô lý vì vế trái không chia hết cho k. 1 +) Nếu p = m < n – 1 thì am ka p a n 2 ka n 2 a n 2 ka n 1 a n a n ka q , mâu thuẫn với giả sử. Trường hợp 3: m p n . Khi đó am a p 1 , ap 1 a n và aq 0 nên 1 am ka p kaa p p 1 a p 1 aaka n n q , mâu thuẫn với giả sử. Trường hợp 4: m n p . Khi đó ta có từ am ka p a n ka q kap k 1 ka ka a k 1 a a a . q p n p qk p Mặt khác ap ka p 1 a p 2 ka p 1 và ap a q nên k 1 k 1 1 a a a . ka k 1 a a p qk p k p 1 p 1 p 1. Do dãy an tăng nên phải có q = p – 1 và các đánh giá trên đồng thời xảy ra đẳng thức aq a p 1 0 q 0 , vôlý. Vậy chỉ có giá trị k = 2 thỏa mãn bài toán. HẾT 4