Đề thi chọn học sinh giỏi cấp Thành phố môn Toán Lớp 9 - Năm học 2021-2022 - Sở GD và ĐT Hà Nội (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi cấp Thành phố môn Toán Lớp 9 - Năm học 2021-2022 - Sở GD và ĐT Hà Nội (Có đáp án)

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 CẤP THÀNH PHỐ HÀ NỘI Năm học 2021 – 2022 ĐỀ CHÍNH THỨC Môn: TOÁN Ngày thi: 24 tháng 3 năm 2022 Thời gian làm bài: 150 phút Bài I. (5,0 điểm) 1) Giải phương trình x++3 31 xx +=+ 3. 2) Cho abc,, là các số thực khác 0, thỏa mãn a22+=+ ab c bc và a22+=+ ac b bc . abc    Tính giá trị của biểu thức K =+++111   . bca    Bài II. (5,0 điểm) 1) Tìm tất cả các số tự nhiên mn, thỏa mãn 3m += 2022 n2 . 2) Tìm tất cả số nguyên tố p để phương trình x33+ y −31 xy += p có nghiệm nguyên dương. Bài III. (2,0 điểm) Với các số thực abc,, thỏa mãn 0≤≤abc ,, 1 và abc++=2 , tìm giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ ab bc ca nhất của biểu thức P =++. 111+++ab bc ca Bài IV. (6,0 điểm) Cho tam giác ABC nhọn ()AB< AC , nội tiếp đường tròn ()O . Các đường cao AD, BE, CF của tam giác ABC đồng quy tại trực tâm H . Gọi K, Q lần lượt là giao điểm của đường thẳng EF với hai đường thẳng AH, AO. 1) Chứng minh AQE = 90o . 2) Gọi I là trung điểm của AH. Chứng minh IE2 = IK. ID . 3) Gọi R, J lần lượt là trung điểm của BE, CF. Chứng minh JR vuông góc với QD. Bài V. (2,0 điểm) 1) Tìm tất cả các số nguyên ab, sao cho số (a33++ bb)( a) là lập phương của một số nguyên tố. 2) Trên bảng ta viết số tự nhiên 222 2 gồm 2022 chữ số 2. Mỗi bước ta chọn 22 chữ số liên tiếp nào đó có chữ số ngoài cùng bên trái bằng 2, rồi biến đổi các chữ số được chọn theo qui tắc: chữ số 2 đổi thành chữ số 0 còn chữ số 0 đổi thành chữ số 2. a) Chứng minh mọi cách thực hiện đều phải dừng lại sau một số hữu hạn bước. b) Giả sử sau khi thực hiện được n bước thì không thể thực hiện được thêm bước nào nữa. Chứng minh n là số lẻ. Hết Giám thị không giải thích gì thêm. Họ tên thí sinh : . Số báo danh :
2. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 9 CẤP THÀNH PHỐ HÀ NỘI Năm học 2021 – 2022 ĐỀ CHÍNH THỨC Môn thi: TOÁN Ngày thi: 24 tháng 3 năm 2022 CÂU Ý HƯỚNG DẪN CHẤM ĐIỂM I 1 Giải phương trình x 3 3 x 1 x 3. (2,5 điểm) 1 Điều kiện xác định: x . 0,5 3 Phương trình đã cho đưa về x 7 4 x 3 3 x 5 4 3 x 1 0 0,5 2 2 0,5 x3 2 3 x 1 2 0 x 3 2 Lập luận để dẫn tới 0,5 3x 1 2 x 1.Kết hợp điều kiện xác định: phương trình có nghiệm là x 1. 0,5 a b c 2 Tính giá trị của biểu thức P 1 1 1 . (2,5 điểm) b c a b c c a a b Từ giả thiết suy ra aab cbcaac ;. bbc 0,5 a b c TH1: a b c 0 suy ra a b c;; b c a c a b . 0,5 a a b c b a c b c a b Do đó 1 ;1 ;1 . Suy ra P . . 1. 0,5 b b b c c a a b c a bc ca ab abcabcabc TH2: a b c0 1 1 1 a b c . 0,5 a b c a b c a b c Suy ra P 1 1 1 8. 0,5 b c a m 2 II 1 Tìm tất cả các số tự nhiên m, n sao cho 3 2022 n . (3,0 điểm) Giả sử là hai số tự nhiên thỏa mãn m 2 m, n 3 2022n . 0,5 TH1: m 0 : LOẠI vì n2 3 0 2022 2023 không phải là một số chính phương. TH2: m 1 : n2 3 1 2022 2025 45 2 n 45. 0,5 2m 2 TH3: m 2. Khi đó n 3 2022 3 n  3. 0,5 2 m dẫn tới n 9 hay 3 2022 9. 0,5 m Điều này vô lí vì 3 9, còn 2022 không chia hết cho 9. 0,5 Kết luận, m 1, n 45. 0,5 1
3. 2 Tìm số nguyên tố để phương trình (2,0 điểm) Biến đổi được 3 3 2 2 0,5 pxy3 xy 1 xy 1 xy 1 xyxy . Nhận xét p là số nguyên tố, còn x y 1 1 nên dẫn tới 2 2 2 x2 y 2 1 xy x y 1 x y x 1 y 1 2. 0,5 Chú ý x, y là các số nguyên dương. 2 y 0 TH1: dẫn tới x 1, 2 1y 2 . y 2 0,5 Kết hợp điều kiện ta được x 1, y 2.Từ đó p 4 (LOẠI). TH2: y 1.Làm tương tự ta được x 2, y 1.Từ đó p 4 (LOẠI). 2 2 x 1 y 1 1 TH3: x 1; y 1dẫn tới x y 2. Từ đó p 5. 2 0,5 x y 0 Vậy số nguyên tố p cần tìm là p 5. ab bc ca III Tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của P . (2,0 điểm) 1 ab 1 bc 1 ca Tìm giá trị lớn nhất. 1 1 1 9 9 27 Ta có: 3 P 2 0,5 ab1 bc 1 ca 1 ab bc ca 3 a b c 13 3 3 12 Suy ra: P . 13 0,5 12 2 Vậy giá trị lớn nhất của P là ;P đạt giá trị lớn nhất khi a b c . 13 3 Tìm giá trị nhỏ nhất. Không mất tính tổng quát, giả sử 1 a b c 0. a b Vì 0 a , b , c 1 nên a 1 b 1 0 suy ra ab 1 a b , dẫn đến 1. ab 1 0,5 a b b c c a Chứng minh tương tự: 3. ab 1 bc 1 ca 1 a b c a b c a b c Từ đó, 2. 3 P ab 1 bc 1 ca 1 c a b a b c 1 1 1 3 3a b c 5. ab1 bc 1 ca 1 bc 1 0,5 5 1 Nên ta có 3 PP . 2 2 1 Vậy giá trị nhỏ nhất của P là ;P đạt giá trị nhỏ nhất chẳng hạn khi a b1, c 0. 2 2
4. IV 1 o 1) Chứng minh AQE 90 . (2,5 điểm) Dễ chứng minh (c.g.c), suy ra AEF~ ABC 0,5 AEF ABC . Kẻ đường kính AP của O .Dễ chứng minh tứ 0,5 giác BHCP là hình bình hành, nên BH CP. Ta có: BHD~ ACD (g.g) suy ra BD BH CP 0,5 ABD~ APC (c.g.c). AD AC AC 0,5 Điều này chứng tỏ BAD CAP . AEF CAP ABC BAD 90o AQE 90 o . 0,5 2 2 2) Chứng minh IE IK ID (2,0 điểm) Xét tam giác AEH vuông tại E có IE IA IH nên tam giác AIE cân tại I , 0,5 suy ra IEA IAE . Tương tự MEC MCE IEA MEC IAE MCE  90 IEM 90  . Từ IE IF, ME MF MI là đường trung 0,5 trực của EF , dẫn đến MI EF . N là giao điểm của EF và MI IE2 IN IM 0,5 IN IK Mặt khác: INK~ IDM (g.g) nên ID IM 0,5 suy ra IN IM IK ID Từ đó IE2 IK. ID . 3 3) Chứng minh JR  QD. (1,5 điểm) Gọi S là điểm đối xứng với F qua Q; Gọi T là điểm đối xứng với C qua D.Chứng minh 0,5 được TAF CAS , dẫn tới TAF CAS (c.g.c), nên FT CS. Mặt khác, theo tính chất đường trung bình: 1 1 0,5 JQ SC và JD FT suy ra JD JQ. 2 2 Chứng minh tương tự ta có RD RQ, suy ra JR là đường trung trực của DQ, dẫn tới JR 0,5 vuông góc với QD. 3
5. 1 V Tìm tất cả các số nguyên dương a, b sao cho số a3 b b 3 a là lập phương của một số nguyên tố. (1,0 điểm) 3 3 3 Giả sử a, b là hai số nguyên dương thỏa mãn a b b a p với p là số nguyên tố. 2 Rõ ràng a b vì nếu a b thì p3 a 3 a vô lí do p là số nguyên tố. Không mất tổng quát, giả sử a b a3 b b 3 a. a3 b p 2 Với chú ý Ư p3 1; p ; p 2 ; p 3 b3 a p 0,5 p ab 3 Vì 3 3 2 9 2 4 apb pb bpbbpbb 1 b 1 b 1 b 1  p . b 1 Ta có 3 2 Do đó còn 2 trường hợp: p b1 b 1 b 1 b 0. 4 b1 p 2 TH1: b 1 a3 1 a 1 a 2; p 3. TH2: 4 Rõ ràng 3 4 (Vô lí vì b1 p . b b a b1  p ab 1  p 0ab 1 p ). 0,5 a 2, b 1, p 3 KẾT LUẬN: . a1, b 2, p 3 2a Chứng minh mọi cách thực hiện đều phải dừng lại sau hữu hạn bước.(0,25 điểm) Sau mỗi bước, số thu được giảm đi một số nguyên dương đơn vị. Mặt khác số thu được 0,25 luôn là số không âm. Vì vậy quá trình phải dừng lại sau hữu hạn bước. 2b Chứng minh n là số lẻ. (0,75 điểm) Đếm từ phải sang trái, ta đánh dấu các chữ số có thứ tự là bội của 22. Như vậy có 91 chữ số được đánh dấu ở các vị trí 22, 44, 66, , 2002 tính từ phải sang trái. Gọi S là số chữ 0,25 số 2 trong các chữ số được đánh dấu. Ban đầu S 91, là số lẻ. Trong 22 chữ số liên tiếp luôn có đúng một chữ số được đánh dấu, do đó mỗi bước S tăng 1 hoặc giảm 1, tức là mỗi bước S thay đổi tính chẵn lẻ. Cụ thể là, sau số lẻ bước thay 0,25 thì S chuyển từ lẻ thành chẵn; sau số chẵn bước thay thì S chuyển từ chẵn thành lẻ. Nếu S 0, tồn tại ít nhất một dãy 22 chữ số liên tiếp có chữ số ngoài cùng bên trái là 2, tức là ta còn có thể thực hiện được ít nhất một bước nữa. Do đó để ta không thể thực hiện được bước nào nữa thì S 0. 0,25 Từ đó số bước đã thực hiện đến lúc dừng lại phải lẻ, hay n lẻ. 4
6. Bài I.1. 1 ĐKXĐ: x . 3 Cách 2: Áp dụng bất đẳng thức Cauchy : 4 x 3 4 3 x 1 1 1 1 . VT.2. x 3 .2. 3 x 1 . x 3 VP 2 2 2 2 2 x 3 2 Vậy phương trình tương đương x 1. (TMĐKXĐ) 3x 1 2 Cách 3: Phương trình tương đương 1 3 x 1 x 3 2 3 x 1 2 0 x 1 1 0 (*) x 3 2 3 x 1 2 1 3 1 3 1 3 Với x 1 thì 1 do đó 1 0 với x 3 2 3 x 1 2 4 4 x 3 2 3 x 1 2 1 . Với x 1 thì 1 3 1 3 , do đó x 1 3 1 x 3 2 3 x 1 2 4 4 1 1 3 với x 1. 1 0 3 x 3 2 3 x 1 2 Bài I.2. Cách 2: Cho a,, b c là các số thực khác 0, thỏa mãn a2 ab c 2 bc và a2 ac b 2 bc. Tính giá trị của a b c biểu thức K 1 1 1 . b c a Từ giả thiết suy ra a c a b c 0. TH1: a b c 0 suy ra a b c;; b c a c a b . a a b c b a c b c a b Do đó 1 ;1 ;1 . Suy ra P . . 1. b b b c c a a b c a TH2: a c. Thay vào đẳng thức còn lại ta có 2a2 ab b 2 a b 2 a b 0. a b c Nếu a b c thì P 1 1 1 8. b c a Nếu thì a b c Kết luận. b2 a 2 c P 1 1 1 1. b c a 5
7. Bài III.1. Cách 2: Ta có 1 1 1 3 P ab 1 bc 1 ca 1 1 81 1 81 1 81 81 . ab 1 . bc 1 . ca 1 . ab bc ac 3 ab 1 169 bc 1 169 ca 1 169 169 2 1 81 1 81 1 81 81 a b c 2 12 ab 12 bc 1. ca 3 ab 1 169 bc 1 169 ca 1 169 169 3 9 81 4 27 3.2. . 3 . 13 169 3 13 12 12 2 Suy ra: P . Vậy giá trị lớn nhất của P là ;P đạt giá trị lớn nhất khi a b c . 13 13 3 Bài III.2. Cách 2: Vì 0 a , b , c 1 và a b c 2 nên a b, b c , c a 1. Mặt khác: vì 0 a , b , c 1 nên a 1 b 1 0 suy ra ab 1 a b . Từ đó: 1 1 1 1 1 1 1 c 1 a 1 b 5 . ab 1 bc 1 ac 1 a b b c c a a b c a b c a b c 2 ab bc ca 1 1 1 5 1 Suy ra P 3 3 . 1 ab 1 bc 1 ca ab 1 bc 1 ac 1 2 2 Bài III. Cách 3: Đặt x bc;;. y ac z ab Dễ thấy 0 x , y , z 1. Vì x bc b c 1nên x y z2 a b c 3 1. 2 a b c 4 x y z . 3 3 Tìm GTLN. 1 1 1 9 9 27 3 P . x 1 y 1 z 1 x y z 3 4 13 3 3 12 12 2 Suy ra: P . Vậy giá trị lớn nhất của P là ;P đạt giá trị lớn nhất khi a b c . 13 13 3 Tìm GTNN. 1 1 1x y 2 1 x y 2 1 1 1 3 P 1 x 1 y 1 z 1 xyxy 1 z 1 xy 1 z 1 xy 1 z 1 x y z2 x y z 2 x y z 2 1 1 1 1 1 1 x y1 z 1 xyzxyzz 1 xyz 1 xyz 1 1 5 2 . 1 1 2 ab bc ca 1 1 1 5 1 Suy ra P 3 3 . 1 ab 1 bc 1 ca ab 1 bc 1 ac 1 2 2 6
8. Bài V.1 Cách 2: 2 Rõ ràng a b vì nếu a b thì p3 a 3 a vô lí do p là số nguyên tố. a3 b p 2 Giả sử a b . Với chú ý Ư p3 1; p ; p 2 ; p 3 b3 a p p ab 3 3 2 2 abba abaabb 1  p . 3 3 2 2 a b b a a b a ab b1  p TH1: Điều này vô lí vì 3 a b p. 0a b a b p . TH2: Mặt khác 3 Từ đó dẫn tới 3 a b p. 0a b a b p . a b p a b b 1. 2 3 b1 a 1 a 1 a 2; p 3. 2 2 a ab b 1  p 2 p TH3: 2 ab 1  p . Điều này vô lí vì rõ ràng . 2 2 a ab b1  p 0ab 1 p a 2, b 1, p 3 KẾT LUẬN: . a1, b 2, p 3 7