Bài tập ôn thi học sinh giỏi môn Toán lớp 9

Bài tập ôn thi học sinh giỏi môn Toán lớp 9
(Chuẩn kiến thức, kỹ năng)
PHẦN I: ĐỀ BÀI
1. Chứng minh là số vô tỉ.
2. a) Chứng minh : (ac + bd)2 + (ad – bc)2 = (a2 + b2)(c2 + d2)
 b) Chứng minh bất dẳng thức Bunhiacôpxki : (ac + bd)2 ≤ (a2 + b2)(c2 + d2)
3. Cho x + y = 2. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức : S = x2 + y2.
4. a) Cho a ≥ 0, b ≥ 0. Chứng minh bất đẳng thức Cauchy : .
 b) Cho a, b, c > 0. Chứng minh rằng : 
 c) Cho a, b > 0 và 3a + 5b = 12. Tìm giá trị lớn nhất của tích P = ab.
5. Cho a + b = 1. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức : M = a3 + b3.
6. Cho a3 + b3 = 2. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức : N = a + b.
7. Cho a, b, c là các số dương. Chứng minh : a3 + b3 + abc ≥ ab(a + b + c)
8. Tìm liên hệ giữa các số a và b biết rằng : 
9. a) Chứng minh bất đẳng thức (a + 1)2 ≥ 4a
 b) Cho a, b, c > 0 và abc = 1. Chứng minh : (a + 1)(b + 1)(c + 1) ≥ 8
10. Chứng minh các bất đẳng thức :
	a) (a + b)2 ≤ 2(a2 + b2)	b) (a + b + c)2 ≤ 3(a2 + b2 + c2)
11. Tìm các giá trị của x sao cho :
	a) | 2x – 3 | = | 1 – x |	b) x2 – 4x ≤ 5	c) 2x(2x – 1) ≤ 2x – 1.
12. Tìm các số a, b, c, d biết rằng : a2 + b2 + c2 + d2 = a(b + c + d)
13. Cho biểu thức M = a2 + ab + b2 – 3a – 3b + 2001. Với giá trị nào của a và b thì M đạt giá trị nhỏ nhất ? Tìm giá trị nhỏ nhất đó.
14. Cho biểu thức P = x2 + xy + y2 – 3(x + y) + 3. CMR giá trị nhỏ nhất của P bằng 0.
15. Chứng minh rằng không có giá trị nào của x, y, z thỏa mãn đẳng thức sau :
	x2 + 4y2 + z2 – 2a + 8y – 6z + 15 = 0
16. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức : 
17. So sánh các số thực sau (không dùng máy tính) :
	a) 	b) 
	c) 	d) 
18. Hãy viết một số hữu tỉ và một số vô tỉ lớn hơn nhưng nhỏ hơn 
19. Giải phương trình : .
20. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức A = x2y với các điều kiện x, y > 0 và 2x + xy = 4.
21. Cho .
 Hãy so sánh S và .
22. Chứng minh rằng : Nếu số tự nhiên a không phải là số chính phương thì là số vô tỉ.
23. Cho các số x và y cùng dấu. Chứng minh rằng :
a) 	
b) 
c) .
24. Chứng minh rằng các số sau là số vô tỉ : 
a) 	
b) với m, n là các số hữu tỉ, n ≠ 0.
25. Có hai số vô tỉ dương nào mà tổng là số hữu tỉ không ?
26. Cho các số x và y khác 0. Chứng minh rằng : .
27. Cho các số x, y, z dương. Chứng minh rằng : .
28. Chứng minh rằng tổng của một số hữu tỉ với một số vô tỉ là một số vô tỉ.
29. Chứng minh các bất đẳng thức : 
a) (a + b)2 ≤ 2(a2 + b2)	
b) (a + b + c)2 ≤ 3(a2 + b2 + c2)
c) (a1 + a2 + .. + an)2 ≤ n(a12 + a22 + .. + an2).
30. Cho a3 + b3 = 2. Chứng minh rằng a + b ≤ 2.
31. Chứng minh rằng : .
32. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức : .
33. Tìm giá trị nhỏ nhất của : với x, y, z > 0.
34. Tìm giá trị nhỏ nhất của : A = x2 + y2 biết x + y = 4.
35. Tìm giá trị lớn nhất của : A = xyz(x + y)(y + z)(z + x) với x, y, z ≥ 0 ; x + y + z = 1.
36. Xét xem các số a và b có thể là số vô tỉ không nếu : 
a) ab và là số vô tỉ.	
b) a + b và là số hữu tỉ (a + b ≠ 0)
c) a + b, a2 và b2 là số hữu tỉ (a + b ≠ 0)
37. Cho a, b, c > 0. Chứng minh : a3 + b3 + abc ≥ ab(a + b + c)
38. Cho a, b, c, d > 0. Chứng minh : 
39. Chứng minh rằng bằng hoặc 
40. Cho số nguyên dương a. Xét các số có dạng : a + 15 ; a + 30 ; a + 45 ;  ; a + 15n. Chứng minh rằng trong các số đó, tồn tại hai số mà hai chữ số đầu tiên là 96.
41. Tìm các giá trị của x để các biểu thức sau có nghĩa :
42. a) Chứng minh rằng : | A + B | ≤ | A | + | B | . Dấu “ = ” xảy ra khi nào ?
 b) Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức sau : .
 c) Giải phương trình : 
43. Giải phương trình : .
44. Tìm các giá trị của x để các biểu thức sau có nghĩa :
45. Giải phương trình : 
46. Tìm giá trị nhỏ nhất của biểu thức : .
47. Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức : 
PHẦN II: HƯỚNG DẪN GIẢI
1. Giả sử là số hữu tỉ Þ (tối giản). Suy ra (1). Đẳng thức này chứng tỏ mà 7 là số nguyên tố nên m 7. Đặt m = 7k (k Î Z), ta có m2 = 49k2 (2). Từ (1) và (2) suy ra 7n2 = 49k2 nên n2 = 7k2 (3). Từ (3) ta lại có n2 7 và vì 7 là số nguyên tố nên n 7. m và n cùng chia hết cho 7 nên phân số không tối giản, trái giả thiết. Vậy không phải là số hữu tỉ; do đó là số vô tỉ.
2. Khai triển vế trái và đặt nhân tử chung, ta được vế phải. Từ a) Þ b) vì (ad – bc)2 ≥ 0.
3. Cách 1 : Từ x + y = 2 ta có y = 2 – x. Do đó : S = x2 + (2 – x)2 = 2(x – 1)2 + 2 ≥ 2.
Vậy min S = 2 Û x = y = 1.
Cách 2 : Áp dụng bất đẳng thức Bunhiacopxki với a = x, c = 1, b = y, d = 1, ta có :
(x + y)2 ≤ (x2 + y2)(1 + 1) Û 4 ≤ 2(x2 + y2) = 2S Û S ≥ 2. Þ mim S = 2 khi x = y = 1
4. b) Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho các cặp số dương , ta lần lượt có: ; cộng từng vế ta được bất đẳng thức cần chứng minh. Dấu bằng xảy ra khi a = b = c.
c) Với các số dương 3a và 5b , theo bất đẳng thức Cauchy ta có : .
Û (3a + 5b)2 ≥ 4.15P (vì P = a.b) Û 122 ≥ 60P Û P ≤ Þ max P = .
Dấu bằng xảy ra khi 3a = 5b = 12 : 2 Û a = 2 ; b = 6/5. 
5. Ta có b = 1 – a, do đó M = a3 + (1 – a)3 = 3(a – ½)2 + ¼ ≥ ¼ . Dấu “=” xảy ra khi a = ½ .
Vậy min M = ¼ Û a = b = ½ .
6. Đặt a = 1 + x Þ b3 = 2 – a3 = 2 – (1 + x)3 = 1 – 3x – 3x2 – x3 ≤ 1 – 3x + 3x2 – x3 = (1 – x)3.
Suy ra : b ≤ 1 – x. Ta lại có a = 1 + x, nên : a + b ≤ 1 + x + 1 – x = 2.
Với a = 1, b = 1 thì a3 + b3 = 2 và a + b = 2. Vậy max N = 2 khi a = b = 1.
7. Hiệu của vế trái và vế phải bằng (a – b)2(a + b).
8. Vì | a + b | ≥ 0 , | a – b | ≥ 0 , nên : | a + b | > | a – b | Û a2 + 2ab + b2 ≥ a2 – 2ab + b2 
	Û 4ab > 0 Û ab > 0. Vậy a và b là hai số cùng dấu.
9. a) Xét hiệu : (a + 1)2 – 4a = a2 + 2a + 1 – 4a = a2 – 2a + 1 = (a – 1)2 ≥ 0.
b) Ta có : (a + 1)2 ≥ 4a ; (b + 1)2 ≥ 4b ; (c + 1)2 ≥ 4c và các bất đẳng thức này có hai vế đều dương, nên : [(a + 1)(b + 1)(c + 1)]2 ≥ 64abc = 64.1 = 82. Vậy (a + 1)(b + 1)(c + 1) ≥ 8.
10. a) Ta có : (a + b)2 + (a – b)2 = 2(a2 + b2). Do (a – b)2 ≥ 0, nên (a + b) 2 ≤ 2(a2 + b2).
b) Xét : (a + b + c)2 + (a – b)2 + (a – c)2 + (b – c)2. Khai triển và rút gọn, ta được : 
3(a2 + b2 + c2). Vậy : (a + b + c)2 ≤ 3(a2 + b2 + c2).
11. a) 
b) x2 – 4x ≤ 5 Û (x – 2)2 ≤ 33 Û | x – 2 | ≤ 3 Û -3 ≤ x – 2 ≤ 3 Û -1 ≤ x ≤ 5.
c) 2x(2x – 1) ≤ 2x – 1 Û (2x – 1)2 ≤ 0. Nhưng (2x – 1)2 ≥ 0, nên chỉ có thể : 2x – 1 = 0
Vậy : x = ½ . 
12. Viết đẳng thức đã cho dưới dạng : a2 + b2 + c2 + d2 – ab – ac – ad = 0 (1). Nhân hai vế của (1) với 4 rồi đưa về dạng : a2 + (a – 2b)2 + (a – 2c)2 + (a – 2d)2 = 0 (2). Do đó ta có :
a = a – 2b = a – 2c = a – 2d = 0 . Suy ra : a = b = c = d = 0.
13. 2M = (a + b – 2)2 + (a – 1)2 + (b – 1)2 + 2.1998 ≥ 2.1998 Þ M ≥ 1998.
Dấu “ = “ xảy ra khi có đồng thời : Vậy min M = 1998 Û a = b = 1.
14. Giải tương tự bài 13.
15. Đưa đẳng thức đã cho về dạng : (x – 1)2 + 4(y – 1)2 + (x – 3)2 + 1 = 0.
16. .
17. a) . Vậy < 7
b) .
c) .
d) Giả sử .
Bất đẳng thức cuối cùng đúng, nên : .
18. Các số đó có thể là 1,42 và 
19. Viết lại phương trình dưới dạng : .
Vế trái của phương trình không nhỏ hơn 6, còn vế phải không lớn hơn 6. Vậy đẳng thức chỉ xảy ra khi cả hai vế đều bằng 6, suy ra x = -1.
20. Bất đẳng thức Cauchy viết lại dưới dạng (*) (a, b ≥ 0).
Áp dụng bất dẳng thức Cauchy dưới dạng (*) với hai số dương 2x và xy ta được :
Dấu “ = “ xảy ra khi : 2x = xy = 4 : 2 tức là khi x = 1, y = 2. Þ max A = 2 Û x = 2, y = 2.
21. Bất đẳng thức Cauchy viết lại dưới dạng : . Áp dụng ta có S > .
22. Chứng minh như bài 1.
23. a) . Vậy 
b) Ta có : . Theo câu a :
c) Từ câu b suy ra : . Vì (câu a). Do đó :
.
24. a) Giả sử = m (m : số hữu tỉ) Þ = m2 – 1 Þ là số hữu tỉ (vô lí)
b) Giả sử m + = a (a : số hữu tỉ) Þ = a – m Þ = n(a – m) Þ là số hữu tỉ, vô lí.
25. Có, chẳng hạn 
26. Đặt . Dễ dàng chứng minh nên a2 ≥ 4, do đó 
| a | ≥ 2 (1). Bất đẳng thức phải chứng minh tương đương với : a2 – 2 + 4 ≥ 3a
Û a2 – 3a + 2 ≥ 0 Û (a – 1)(a – 2) ≥0 (2)
Từ (1) suy ra a ≥ 2 hoặc a ≤ -2. Nếu a ≥ 2 thì (2) đúng. Nếu a ≤ -2 thì (2) cũng đúng. Bài toán được chứng minh.
27. Bất đẳng thức phải chứng minh tương đương với :
.
Cần chứng minh tử không âm, tức là : x3z2(x – y) + y3x2(y – z) + z3y2(z – x) ≥ 0. (1)
Biểu thức không đổi khi hoán vị vòng x à y à z à x nên có thể giả sử x là số lớn nhất. Xét hai trường hợp :
a) x ≥ y ≥ z > 0. Tách z – x ở (1) thành – (x – y + y – z), (1) tương đương với :
x3z2(x – y) + y3x2(y – z) – z3y2(x – y) – z3y2(y – z) ≥ 0
Û z2(x – y)(x3 – y2z) + y2(y – z)(yx2 – z3) ≥ 0
Dễ thấy x – y ≥ 0 , x3 – y2z ≥ 0 , y – z ≥ 0 , yx2 – z3 ≥ 0 nên bất đẳng thức trên đúng.
b) x ≥ z ≥ y > 0. Tách x – y ở (1) thành x – z + z – y , (1) tương đương với :
x3z2(x – z) + x3z2(z – y) – y3x2(z – y) – z3y2(x – z) ≥ 0
Û z2(x – z)(x3 – zy2) + x2(xz2 – y3)(z – y) ≥ 0
Dễ thấy bất đẳng thức trên dúng.
Cách khác : Biến đổi bất đẳng thức phải chứng minh tương đương với :
.
28. Chứng minh bằng phản chứng. Giả sử tổng của số hữu tỉ a với số vô tỉ b là số hữu tỉ c. Ta có : b = c – a. Ta thấy, hiệu của hai số hữu tỉ c và a là số hữu tỉ, nên b là số hữu tỉ, trái với giả thiết. Vậy c phải là số vô tỉ.
29. a) Ta có : (a + b)2 + (a – b)2 = 2(a2 + b2) Þ (a + b)2 ≤ 2(a2 + b2).
b) Xét : (a + b + c)2 + (a – b)2 + (a – c)2 + (b – c)2. Khai triển và rút gọn ta được :
3(a2 + b2 + c2). Vậy : (a + b + c)2 ≤ 3(a2 + b2 + c2)
c) Tương tự như câu b
30. Giả sử a + b > 2 Þ (a + b)3 > 8 Û a3 + b3 + 3ab(a + b) > 8 Û 2 + 3ab(a + b) > 8
Þ ab(a + b) > 2 Þ ab(a + b) > a3 + b3. Chia hai vế cho số dương a + b : ab > a2 – ab + b2
Þ (a – b)2 < 0, vô lí. Vậy a + b ≤ 2.
31. Cách 1: Ta có : ≤ x ; ≤ y nên + ≤ x + y. Suy ra + là số nguyên không vượt quá x + y (1). Theo định nghĩa phần nguyên, là số nguyên lớn nhất không vượt quá x + y (2). Từ (1) và (2) suy ra : + ≤ .
Cách 2 : Theo định nghĩa phần nguyên : 0 ≤ x - < 1 ; 0 ≤ y - < 1.
Suy ra : 0 ≤ (x + y) – ( + ) < 2. Xét hai trường hợp :
Nếu 0 ≤ (x + y) – ( + ) < 1 thì = + (1)
Nếu 1 ≤ (x + y) – ( + ) < 2 thì 0 ≤ (x + y) – ( + + 1) < 1 nên
 = + + 1 (2). Trong cả hai trường hợp ta đều có : + ≤ 
32. Ta có x2 – 6x + 17 = (x – 3)2 + 8 ≥ 8 nên tử và mẫu của A là các số dương , suy ra A > 0 do đó : A lớn nhất Û nhỏ nhất Û x2 – 6x + 17 nhỏ nhất.
Vậy max A = Û x = 3.
33. Không được dùng phép hoán vị vòng quanh x à y à z à x và giả sử x ≥ y ≥ z.
Cách 1 : Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho 3 số dương x, y, z :
Do đó 
Cách 2 : Ta có : . Ta đã có (do x, y > 0) nên để chứng minh ta chỉ cần chứng minh : (1)
(1) Û xy + z2 – yz ≥ xz (nhân hai vế với số dương xz)
Û xy + z2 – yz – xz ≥ 0 Û y(x – z) – z(x – z) ≥ 0 Û (x – z)(y – z) ≥ 0 (2)
(2) đúng với giả thiết rằng z là số nhỏ nhất trong 3 số x, y, z, do đó (1) đúng. Từ đó tìm được giá trị nhỏ nhất của .
34. Ta có x + y = 4 Þ x2 + 2xy + y2 = 16. Ta lại có (x – y)2 ≥ 0 Þ x2 – 2xy + y2 ≥ 0. Từ đó suy ra 2(x2 + y2) ≥ 16 Þ x2 + y2 ≥ 8. min A = 8 khi và chỉ khi x = y = 2.
35. Áp dụng bất đẳng thức Cauchy cho ba số không âm : 
1 = x + y + z ≥ 3. (1)
2 = (x + y) + (y + z) + (z + x) ≥ 3. (2)
Nhân từng vế của (1) với (2) (do hai vế đều không âm) : 2 ≥ 9. Þ A ≤ 
max A = khi và chỉ khi x = y = z = .
36. a) Có thể. b, c) Không thể.
37. Hiệu của vế trái và vế phải bằng (a – b)2(a + b).
38. Áp dụng bất đẳng thức với x, y > 0 :
 (1)
Tương tự (2)
 Cộng (1) với (2) = 4B
Cần chứng minh B ≥ , bất đẳng thức này tương đương với :
2B ≥ 1 Û 2(a2 + b2 + c2 + d2 + ad + bc + ab + cd) ≥ (a + b + c + d)2
Û a2 + b2 + c2 + d2 – 2ac – 2bd ≥ 0 Û (a – c)2 + (b – d)2 ≥ 0 : đúng.
39. - Nếu 0 ≤ x - < ½ thì 0 ≤ 2x - 2 < 1 nên = 2. 
- Nếu ½ ≤ x - < 1 thì 1 ≤ 2x - 2 < 2 Þ 0 ≤ 2x – (2 + 1) < 1 Þ = 2 + 1
40. Ta sẽ chứng minh tồn tại các số tự nhiên m, p sao cho : 
 ≤ a + 15p < 
Tức là 96 ≤ < 97 (1). Gọi a + 15 là số có k chữ số : 10k – 1 ≤ a + 15 < 10k
Þ (2). Đặt . Theo (2) ta có x1 < 1 và < 1.
Cho n nhận lần lượt các giá trị 2, 3, 4, , các giá trị của xn tăng dần, mỗi lần tăng không quá 1 đơn vị, khi đó sẽ trải qua các giá trị 1, 2, 3,  Đến một lúc nào đó ta có = 96. Khi đó 96 ≤ xp < 97 tức là 96 ≤ < 97. Bất đẳng thức (1) được chứng minh.
42. a) Do hai vế của bất đẳng thức không âm nên ta có :
	| A + B | ≤ | A | + | B | Û | A + B |2 ≤ ( | A | + | B | )2
Û	A2 + B2 + 2AB ≤ A2 + B2 + 2| AB | Û AB ≤ | AB | (bất đẳng thức đúng)
Dấu “ = “ xảy ra khi AB ≥ 0.
b) Ta có : M = | x + 2 | + | x – 3 | = | x + 2 | + | 3 – x | ≥ | x + 2 + 3 – x | = 5.
Dấu “ = “ xảy ra khi và chỉ khi (x + 2)(3 – x) ≥ 0 Û -2 ≤ x ≤ 3 (lập bảng xét dấu)
Vậy min M = 5 Û -2 ≤ x ≤ 3.
c) Phương trình đã cho Û | 2x + 5 | + | x – 4 | = | x + 9 | = | 2x + 5 + 4 – x |
	Û (2x + 5)(4 – x) ≥ 0 Û -5/2 ≤ x ≤ 4
43. Điều kiện tồn tại của phương trình : x2 – 4x – 5 ≥ 0 Û 
Đặt ẩn phụ , ta được : 2y2 – 3y – 2 = 0 Û (y – 2)(2y + 1) = 0.
45. Vô nghiệm
46. Điều kiện tồn tại của là x ≥ 0. Do đó : A = + x ≥ 0 Þ min A = 0 Û x = 0.
47. Điều kiện : x ≤ 3. Đặt = y ≥ 0, ta có : y2 = 3 – x Þ x = 3 – y2.
	B = 3 – y2 + y = - (y – ½ )2 + ≤ . max B = Û y = ½ Û x = .
--- The end ---