Tag: chuyên Toán

Continuous Solutions of d’Alembert’s Functional Equation


Dưới đây là một tài liệu trình bày trọn vẹn các bước chứng minh cho phương trình hàm d’Alembert đối với lớp hàm liên tục. Tài liệu gồm hai phần chính: Định lý 1 cho hàm liên tục f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} và Định lý 2 mở rộng cho hàm dương f:(0,+\infty)\to(0,+\infty).

dAlembert.feqDownload

A Proof of the Lifting The Exponent Lemma


Định lý 1 (Bổ đề nâng số mũ). Cho hai số nguyên lẻ a,b và số nguyên dương n. Khi đó:

(1) nếu n là số lẻ thì \displaystyle v_2(a^n-b^n)=v_2(a-b).

(2) nếu n là số chẵn thì \displaystyle v_2(a^n-b^n)=v_2\left(\frac{a^2-b^2}{2}\right)+v_2(n).

Chứng minh. (1) đúng hiển nhiên. Bây giờ ta chứng minh (2).

Viết n=2^kx với k là số nguyên dương và x là số nguyên lẻ. Ta có:

a^n-b^n=(a^x-b^x)(a^x+b^x)(a^{2x}+b^{2x})\cdots (a^{2^{k-1}x}+b^{2^{k-1}x})

và trong các thừa số ở vế phải, trừ hai thừa số đầu, tất cả các thừa số còn lại đều chia cho 4 dư 2, suy ra:

v_2(a^n-b^n)=v_2(a^{2x}-b^{2x})+k-1=v_2(a^2-b^2)+v_2(n)-v_2(2).

Định lý được chứng minh. \Box

Định lý 2 (Bổ đề nâng số mũ). Cho số nguyên tố lẻ p và hai số nguyên a,b không chia hết cho p thỏa mãn p\mid a-b. Khi đó:

\forall n\in\mathbb{N}^*,\quad v_p\left(a^n-b^n\right)= v_p\left(a-b\right)+v_p(n).

Chứng minh. Với mỗi số nguyên tố lẻ p, cố định nó. Gọi S là tập tất cả các số nguyên dương n sao cho:

v_p\left(a^n-b^n\right)= v_p\left(a-b\right)+v_p(n)

với mọi a,b thỏa mãn các giả thiết của định lý. Ta cần chứng minh S=\mathbb{N}^*.

Khẳng định 1. 1\in S.

Chứng minh. Hiển nhiên. \Box

Khẳng định 2. Với mỗi hai số nguyên dương m và n, nếu m\in S và n\in S thì mn\in S.

Chứng minh. Với m,n\in S và a,b thỏa mãn các giả thiết của định lí, ta có:

\begin{aligned} v_p(a^{mn}-b^{mn}) &=v_p((a^m)^n-(b^m)^n)\\ &=v_p(a^m-b^m)+v_p(n)\\ &=v_p(a-b)+v_p(m)+v_p(n)\\ &=v_p(a-b)+v_p(mn), \end{aligned}

suy ra mn\in S. \Box

Khẳng định 3. Nếu q là một số nguyên tố thì q\in S.

Chứng minh. Cố định số nguyên tố q và hai số nguyên a, b thỏa mãn các điều kiện của định lý. Xét hai trường hợp:

Trường hợp 1. q\not=p.

Ta có a^q-b^q=(a-b)(a^{q-1}+a^{q-2}b+\cdots+b^{q-1}) và thừa số thứ hai không chia hết cho p nên có ngay q\in S.

Trường hợp 2. q=p.

Viết a=b+p^kc với k\in\mathbb{N}^* và c là số nguyên không chia hết cho p. Theo định lí nhị thức, ta có:

a^p-b^p=p^{k+1}b^{p-1}c+C_p^2b^{p-2}p^{2k}c^2+\cdots+p^{kp}c^p.

Vì p là số nguyên tố lẻ và k\in\mathbb{N}^* nên trong tổng trên, trừ số hạng đầu, tất cả các số hạng còn lại đều chia hết cho p^{k+2}, suy ra:

v_p(a^p-b^p)=v_p(p^{k+1}b^{p-1}c)=k+1=v_p(a-b)+v_p(p),

hay q=p\in S. \Box

Từ ba khẳng định ta có S=\mathbb{N}^*. \Box

Nhận xét. Nếu p là số nguyên tố lẻ thỏa mãn a \equiv -b \not\equiv 0 \pmod p và n là số lẻ thì:

v_p(a^n + b^n) = v_p(a + b) + v_p(n).

Japan Mathematical Olympiad 2008 (Finals)


Bài 1. Cho P(x) là một đa thức với hệ số nguyên sao cho P(n^{2})=0 với một số nguyên khác không n nào đó. Chứng minh rằng P(a^{2})\ne1 với mọi số hữu tỉ a\ne0.

Bài 2. Có 2008 thẻ đỏ và 2008 thẻ trắng. 2008 người chơi ngồi thành một vòng tròn hướng mặt vào trong, với tình trạng ban đầu là mỗi người được chia 2 thẻ. Mỗi người thực hiện quy trình sau trong cùng một lượt:
(*) Nếu bạn có nhiều hơn một thẻ đỏ, bạn sẽ chuyển một thẻ đỏ cho người ngồi liền kề bên trái.

Nếu bạn không có thẻ đỏ nào, bạn sẽ chuyển một thẻ trắng cho người ngồi liền kề bên trái.
Tìm giá trị lớn nhất của số lượt cần thiết để đạt được trạng thái mà tất cả mọi người đều có một thẻ đỏ và một thẻ trắng lần đầu tiên.

Bài 3. Cho tam giác nhọn ABC có tâm đường tròn ngoại tiếp O. Đường tròn đi qua hai điểm A, O cắt các đường thẳng AB và AC lần lượt tại P, Q (khác A). Nếu độ dài các đoạn thẳng PQ và BC bằng nhau, hãy tìm góc \le90^{\circ} tạo bởi hai đường thẳng PQ và BC.

Bài 4. Tìm tất cả các hàm số f:\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{R} thỏa mãn f(x+y)f(f(x)-y)=xf(x)-yf(y) với mọi x,y\in\mathbb{R}.

Bài 5. Có tồn tại hay không một số nguyên dương n sao cho với mọi số hữu tỉ r, tồn tại một số nguyên b và các số nguyên khác không a_{i} (i=1,2,\dots, n) thỏa mãn r=b+\sum_{i=1}^{n}\frac{1}{a_{i}}?

Làm thế nào để cải thiện trực giác Toán học?


Trực giác Toán học có thể được hiểu là khả năng nhận ra các mẫu hình, mối liên hệ, hoặc cách tiếp cận một bài toán mà không cần dựa hoàn toàn vào các bước suy luận logic chi tiết. Trực giác này giống như một “cảm giác” về Toán học, cho phép người học dự đoán, hình dung, và đưa ra giả thuyết một cách tự nhiên. Trực giác Toán học không phải là một “phép màu” hay sự đoán mò. Nó được xây dựng dựa trên kinh nghiệm, sự quen thuộc với các khái niệm Toán học, và khả năng liên kết các ý tưởng. Nhà Toán học nổi tiếng Henri Poincaré từng mô tả trực giác như một công cụ giúp ông khám phá các ý tưởng mới, nhưng chỉ khi kết hợp với tư duy logic thì trực giác mới trở thành nền tảng cho những khám phá lớn.

Để cải thiện trực giác Toán học, bạn cần rèn luyện khả năng nhận diện các cấu hình, hiểu sâu các khái niệm và áp dụng chúng một cách linh hoạt. Dưới đây là một số kinh nghiệm hữu ích:

1. Thay vì chỉ học thuộc khái niệm hay định lý, hãy tìm hiểu tại sao chúng hoạt động. Đọc các chứng minh khác nhau khi học định lý, cố gắng nắm rõ ý tưởng chứng minh. Ngoài ra, có thể tự hỏi: Khái niệm này đến từ đâu? Ý nghĩa của kết quả này là gì? Nếu thay đổi hay bỏ bớt điều kiện, kết quả sẽ ra sao? Nó còn đúng không? Việc tìm câu trả lời sẽ kích thích tư duy trực giác và khả năng liên kết.

2. Giải nhiều bài toán ở các mức độ khác nhau, kể cả các bài toán mở. Các bài toán hình học, đại số, hay tổ hợp thường giúp phát triển trực giác nhờ tính trực quan. Những bài toán mở khuyến khích bạn suy nghĩ sáng tạo và hình dung cách giải quyết vấn đề.

3. Vẽ hình, biểu đồ, hoặc sơ đồ để minh họa bài toán. Chúng giúp bạn “thấy” được các mối liên hệ. Sử dụng các công cụ như GeoGebra hoặc giấy và bút để thử nghiệm các ý tưởng.

4. Thử giải bài toán theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, một bài toán hình học có thể được giải bằng đại số, lượng giác, hoặc hình học thuần túy. Điều này giúp bạn phát triển sự linh hoạt và nhận ra các mẫu ẩn. Khi gặp bài toán khó, hãy cố gắng chia nhỏ hoặc giải các bài toán đơn giản hơn.

5. Khi giải sai hay không giải được một bài toán, hãy dừng lại và phân tích lý do. Hỏi bản thân: “Mình đã bỏ qua điều gì?” hoặc “Có tính chất nào mình chưa nhận ra không?” Đây là cơ hội để phát triển trực giác, vì chúng chỉ ra những điểm mù trong tư duy.

6. Đọc và học từ các nguồn chất lượng. Đọc sách, xem video bài giảng hoặc bài viết của các nhà Toán học nổi tiếng để hiểu cách họ tiếp cận vấn đề. Các cuốn sách như “How to Solve It” của George Polya hoặc “The Art and Craft of Problem Solving” của Paul Zeitz rất hữu ích.

7. Hãy học hỏi từ những người khác ngoài thầy trực tiếp dạy bạn. Tham gia các nhóm học Toán hoặc diễn đàn như Art of Problem Solving. Thảo luận với người khác giúp tiếp cận các cách suy nghĩ mới và củng cố trực giác của mình. Dạy lại khái niệm cho người khác. Khi bạn giải thích một ý tưởng Toán học, bạn buộc phải hiểu nó sâu hơn, từ đó cải thiện trực giác.

Trực giác Toán học cần phải được rèn luyện thường xuyên, bạn nên dành thời gian mỗi ngày để giải một bài toán nhỏ hoặc suy nghĩ về một khái niệm mới. Trực giác Toán học không phát triển ngay lập tức, nó đòi hỏi thời gian và sự kiên trì. Hãy coi mỗi bài toán là một cơ hội để học hỏi, ngay cả khi bạn chưa tìm ra lời giải.