Tải bản đầy đủ (.doc) (42 trang)

Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi chuyên đề 18 PHƯƠNG TRÌNH hàm lê hoành phò file word

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (343.5 KB, 42 trang )

Chuyên đề 18: PHƯƠNG TRÌNH HÀM
1. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
Ánh xạ và hàm số
- Một ánh xạ f từ tập X đến tập Y là một quy tắc đặt tương ứng mỗi phần tử x của X với một và
chỉ một phần tử y của Y. Phần tử y tương ứng của x gọi là ảnh của ánh xạ f, kí hiệu y = f(x) , x
gọi là nghịch ảnh của y:
f : X �: x a y  f  x 
- Một ánh xạ f từ tập X đến tập Y gọi là đơn ánh nếu hai phần tử khác nhau bất kỳ của X đều
a, b ι X : a b
f  a f  b
cho hai ảnh khác nhau của Y: 
Hay a,b �X : f  a   f  b  � a  b
- Một ánh xạ f từ tập X đến tập Y gọi là toàn ánh nếu mỗi phần tử Y bất kỳ của Y đều có
nghịch ảnh x của X:
y �Y, x �X : y  f  x 
Hay Y  f  x    y �Y |  �X, y  f  x   .
- Một ánh xạ f từ tập X đến tập Y gọi là song ánh nếu f vừa đơn ánh và toàn ánh, tức là nếu
mỗi phân tử y bất kỳ của Y đều có nghịch ảnh duy nhất x của X.
Hai tập hữu hạn có cùng số phần tử khi tồn tại một song ánh giữa chúng. Còn 2 tập vô hạn mà
có song ánh giữa chúng thì gọi là cùng lực lượng hay cùng bản số.
- Hàm số y = f(x) với tập xác định D gọi là hàm số chẵn nếu:
x �D thì  x �D và f   x   f  x 
- Hàm số y = f(x) với tập xác định D gọi là hàm số lẻ nếu:
x �D thì  x �D và f   x   f  x 
a �0

- Hàm số tuần hoàn : �
f  x  a   f  x  , x,x  a �D

Số dương bé nhất nếu có trong các số a thỏa mãn điều kiện trên gọi là chu kỳ T của
hàm số f.


a �0

- Hàm phản tuần hoàn : �
f  x  b   f  x  , x,x  b �D

- Hàm cộng tính: f  x + y   f  x   f  y 
- Hàm nhân tính: f  xy   f  x  .f  y 

Trang 1

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


- Điểm bất đồng của hàm f(x) là x = a sao cho f(x) = a
- Nếu hàm số f(x) có f '(x)  0 trên D thì f(x) là hàm hằng trên D.
Đặc trưng hàm sơ cấp:
�x  y � f  x   f  y 
- Hàm bậc nhất f  x   ax  b, a �0 : f �
�
2
�2 �
- Hàm tuyến tính f  x   ax, a �0 : f  x  y   f  x  . f  y 
x
- Hàm mũ f  x   a , a  0, a �1: f  x  y   f  x   f  y 

- Hàm lôgarit f  x   log a x , a  0, a �1: f  xy   f  x   f  y 
3
- Hàm sin f  x   sin : f  3x   3f  x   4f  x 
2
- Hàm cosin f  x   cos x : f  2x   2f  x   1


f  x  y   f  x  y   2f  x  f  y 
- Hàm tang f  x   tanx : f  x  y  

f  x   f  y
1 f  x  f  y

- Hàm cotang f  x   cot x : f  x  y  
- Hàm f  x   shx 

f  x  f  y  1
f  x   f  y

ex  e x
: f  3x   3f  x   4f 3  x 
2

- Hàm f  x   chx 

e x  e x
: f  x  y   f  x  y   2f  x  f  y 
3

Phương trình hàm
- Tính giá trị đặc biệt f(0), f(1),...
- Dùng phép thế, đổi biến, các chuyển đổi số học, đại lượng trung bình, biến đổi tịnh tiến và
đồng dạng, biến đổi phân tuyến tính,...
- Dùng tính chất đơn ánh, toàn ánh, song án, tuần hoàn,..
- Đánh giá, dự đoán hàm số, quy nạp,...
Phương trình hàm Cauchy: Hàm f(x) xác định và liên tục trên R thỏa mãn:

f  x  y   f  x   f  y  , x,y �� thì f  x   ax với a hằng số tùy ý.
2. CÁC BÀI TOÁN
Bài toán 18. 1: Cho hàm số f: �� � thỏa: f  x  2xy   f  x   2f  xy  , x,y ��

Trang 2

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Biết f(201) = a, hãy tính f(202).
Hướng dẫn giải
Thay x  0 ta được: f  0   f  0   2f  0  � f  0   0
Thay y  1 ta được : f   x   f  x   2f   x  � f  x   f   x 
Thay y  

 x
1
�x�
 �� f  x   2f
ta được f  0   f  x   2f �
2
2
� 2�

�x �
Suy ra f  x   2f � �
�2 �
Xét x �, t �� bất kì. Thay y 

t

ta được:
2x

�t �
f  x  t   f  x   2f � � f  x   f  t 
�2 �
Với x  0 ta cũng có f  0  t   f  0   f  t 
Ta chứng minh bằng quy nạp theo k: f  kx   kf  x  , x ��, k ��
Từ đó rút ra: a  f  201  201.f  1 � f  1 
Do đó f  202   202.f  1 

a
201

202
a
201

Bài toán 18. 2: Cho hàm f(x, y) thỏa mãn các điều kiện:
f  0, y   y  1; f  x  1, 0   f  x,1
f  x  1, y  1  f  x, f  x  1, y  
Với mọi số nguyên không âm x, y. Tìm f(4, 1981)
Hướng dẫn giải
Ta có: f  1, n   f  0, f  1, n  1   1  f  1, n  1
Do đó: f  1, n   n  f  1,0   n  f  0,1  n  2
Ta lại có: f  2, n   f  1, f  2, n  1   f  2, n  1  2
Do đó: f  2, n   2n  f  2, 0   2n  f  1,1  2n  3
Bây giờ: f  3, n   f  2, f  3, n  1   2 f  3, n  1  3

Trang 3


– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Đặt u n  2u n 1 và u 0  f  3, 0   3  f  2,1  3  0
n+3
n+3
Do vậy: u n  2 f  3,n   2  3
f  4,n 1  3
3
Ta có: f  4,n   f  3, f  4, n  1   2

f  4,0  = f  3,1  24  3  13
f  4,2   2224  3
22..24
3
Bằng qui nạp ta chứng minh được f  4,n   2

Trong đó số mũ chứa (n + 2) chữ số 2. Từ đó:
f  4, 1981  222..24  3 với số mũ chứa 1983 chữ số 2.
Bài toán 18. 3: Cho hàm f: � � � thỏa mãn các điều kiện sau:

(i) f  n  1  f  n  ; n ��

(ii) f  f  n    3n, n �Z . Hãy tính f(2003).

Hướng dẫn giải
Từ (i) và (ii) � f (1)  f  f  1   3 � f  1  2
Ta có: f  2   f  f  1   3.1  3
f  3  f  f  3    3.2

f  2.3  f  f  3   3.3  32
.............
n
n 1

n
n

Suy ra f  2.3   3 , n �� ; f  3   2.3 ; n �Z





n 1
n
n 1
Nên có f  3   f f  2.3   2.3





f  2.3n 1   f f  3n 1   3.3n 1  3n  2
Do đó khẳng định đúng với mọi n
n
Ta có  3  1 số nguyên m nằm giữa 3n và 2. 3n và do giả thiết (i) f  n  1  f  n 
n
nên có  3  1 số nguyên m nằm giữa f( 3n ) và f(2. 3n ) suy ra 0  m  3n


� f  3n  m   2.3n  3n . Do giả thiết (ii) suy ra.

Trang 4

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải






f  2.3n  m   f f  3n  m   3  3n  m 
n
n
Vậy f  2.3  m   3  3  m  với 0  m  3n
6
6
Suy ra: n  2003  2.3  545 � f (2003)  3  3  545   3822

Bài toán 18. 4: Cho f(n) là hàm số xác định với mọi n � * và lấy giá tị không âm thỏa mãn
tính chất:
*
1. n, m � : f  m  n   f  m   f  n  lấy giá trị 0 hoặc 1

2. f  2   0 và f  3  0
3. f  9999   3333 . Tính f  2000  .
Hướng dẫn giải
Vì f  m  n   f  m   f  n  lấy giá trị 0 hoặc 1 nên ta suy ra:
f  m  n  �f  m   f  n 
�f �

2  2 f  1

f  1

0

f  3

1

Ta có: f  6  �f  3  f  3  2
f  9  �f  6   f  3 �3
.................
f  9999  �f  9996   f  3 �3333
Vì giả thiết cho f  9999   3333 nên ta có dấu “=” ở các bất đẳng thức trên xảy ra, tức là
f  3n   n, n  1, 2,...,3333
� f  1998   666, f  2001  667
bf  a 
Mặt khác nếu a a, b � * và a �
��
666 f  2000 

667

f  2000 

f  b

f  a b


f  b

666 hoắc 667

Giả sử f  2000  667 
 f  4000 



1334

f  6000 

1334 667

2001

mà f  6000   2000 (mâu thuẫn). Vậy: f  2000   666
Bài toán 18. 5: Cho f và g là các hàm xác định trên R thỏa:

Trang 5

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


f  x  y   f  x  y   2 f  x  .g  y  , x, y ��
Chứng minh rằng:
Nếu f  x  �0 và f  x  �1, x �� thì g  y0   a  1
Hướng dẫn giải
Ta dùng phương pháp phản chứng

Giả sử lại một điểm y0 ��: g  y0   a  1
Ta lấy x0 : f  x0  �0 và xây dựng dãy xk  k  0,1, 2.... như sau:
�xk  y0 , khi f  xk  y0  � f  xk  y0 

xk 1  �
x  y0 , khi f  xk  y0   f  xk  y0 

�k
Theo giả thiết ta có:
2 f  xk 1   f  xk  y0   f  xk  y0  � f  xk  y0   f  xk  y0 
 2 f  xk  g  y0   2a f  xk 
Nên f  xk 1  �a f  xk  với a  1; k  1, 2,3...
k
Do đó ta có: f  xk  �a f  x0  . Nhưng vì f  x0  �0 và a  1 nên có thể chọn k sao
k
cho a f  x0   1 dó đó f  xk   1

Mâu thuẫn với giả thiết. Vậy g  y  �1, y �R
Bài toán 18. 6: Cho hàm số f: �� � thỏa 2 điều kiện:
i) f  x  �1  x; x ��
ii) f  x  y  �f  x  . f  y  ; x, y ��
Chứng minh rằng không thể tồn tại hai số a; b �� mà f  a  . f  b  �0
Hướng dẫn giải
Ta sẽ chứng minh: f  x   0, x ��
Thật vậy: với x  1 thì theo điều kiện (i) ta có ngay f  x   0
Với x  1 , trước hết ta sẽ chứng minh bất đẳng thức:

Trang 6

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải



2n


�x �
x ��, n ��thì f  x  ��
�f �2n �

�� �


(1)

Với n = 0: công thức (1) đúng.
� x
Giả sử công thức (1) đúng với n  k  0 tức f  x  ��f �
�k
� �2
2k

2k









(2)
2k 1

2k .2

� x�

x �� x �
x�
�x

Ta có: �f �
 f � k 1  k 1 ���f ( k 1 ) �  f �k  1 � tức (1) đúng với
�k �

2 �� 2 �
�2
� 2 �
� �2 �

n  k 1
Theo nguyên lý quy nạp toán học bất đẳng thức (1) đúng.
n
Bây giờ chọn n đủ lớn để x  2 , x �� tùy ý, khi đó

x
1�
2n

�x

f �n
�2


� 0


2n

� x �

Do đó �f �
�n �
�  0 tức f  x   0, x ��
� �2 �

Như vậy không thể tồn tại a, b �� mà f  a  . f  b  �0
Bài toán 18. 7: Đặt f  x  

1
với x là số thực dương, và với mọi số nguyên dương n, ta
1 x





đặt: g n  x   x  f  x   f  f  x    ...  f f  ...f  x   , f được lấy n lần ở số hạng cuối
cùng. Chứng minh rằng:
a) g n  x   g n  y  nếu x  y  0

b) g n  1 

F
F1 F2

 ...  n 1
F2 F3
Fn  2

với F1  F2  1 và Fn  2  Fn 1  Fn với n �1 .
Hướng dẫn giải





a) Kí hiệu f n  x   f f  ...f  x   (n lần). Kí hiệu g 0  x  là hàm đồng nhất. Chú ý rằng f 2  x 
là hàm tăng thực sự khi x  0 .
Ta sẽ chứng minh bằng qui nạp theo n rằng g n  x  là hàm tăng thực sự khi x  0 . Dễ
dàng kiểm tra được điều này đúng với g1  x 
Giả sử khi n �2, g1  x  ,..., g n 1  x  là các hàm tăng thực sự với x  0
Cho x  y  0 . Ta có: g n  x   g n  y  

Trang 7

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


  x  y    f  x   f  y     f 2  x   f 2  y    ...   f n  x   f n  y  






  g1  x   g1  y    g n  2  f 2  x    g n 2  f 2  y    0
Vậy g n  x  là hàm tăng thực sự khi x  0 .
b) Để y rằng

�F � F
F1
 1 và f � i � i 1 . Suy ra:
F2
�Fi 1 � Fi  2

F
F1 F2

 ...  n 1  g n  1
F2 F3
Fn  2
Bài toán 18. 8: Cho f  x, y  

2003
cos 2  x  y   a cos  x  y    với a,  ��.
2

Chứng minh rằng min  f  x, y     max f  x, y   �2003.
2

2


Hướng dẫn giải
2003
�  �
Ta có: f  0, 0   f � ; � 2
2
�2 2 �

Nên max f  x, y  �max �f  0, 0  ,

�  max f  x, y   
2

� 2003
�  �
f�, �
 x, y ��
��
2
�2 2 �

2003
2

2003
2003
�  �
�  �
 a.sin  , f �
 ;  � 

 a.sin 
Ta lại có: f � ; � 
2
2
�4 4 �
�4 4�
�  �
Nên f � ; �
�4 4 �

2003
�  �
f � ;  � 
. Suy ra:
2
� 4 4�

� �  �
min f  x, y  �min �f � ; �
,f
� �4 4 �

min  f  x, y   
2


2003
�  �
 ; �
 x, y ��

��

2
� 4 4�

2003
.
2

Do đó : min  f  x, y     max f  x, y   �2003.
2

2

Bài toán 18. 9: Cho hàm số f : *� * . Giả sử f  1  1, f  2n   f  n  và
f  2n  1  f  2n   1 với mọi số tự nhiên n.
a) Tìm giá trị lớn nhất M của f  n  với n � * thỏa mãn điều kiện 1 �n �1994

Trang 8

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


b) Tìm tất cả các số n � , với 1 �n �1994 , sao cho f  n   M
Hướng dẫn giải
Có thể dùng quy nạp để chứng minh rằng f(n) là số tất cả các chữ số 1 trong biểu diễn nhị
phân của số n.
a) Tồn tại nhiều nhất 10 chữ số 1 trong biểu diễn nhị phân của một số nếu số đó bé hơn
hoặc bằng 1994  111111001010 2
Suy ra M = 10

b) Với mọi số tự nhiên n �1994, ta có f  n   10 nếu và chỉ nếu n là một trong các số:
1023  1111111111 2 ,
1535  1011111111 2 ,1791  1101111111 2  ,
1919  1110111111 2 ,1983  1110111111 2 .
Bài toán 18. 10: Cho f  x  

x2  1
, x �0. Giả sử f 0  x   x và
2x

f n  x   f  f n 1  x   n � * , x �0 .

Chứng minh

n �, x �1, 0,1

fn  x 
1
f n 1  x 

1
2n

�x  1 �
f� �
�x  1 �

Hướng dẫn giải
Đặt pn  x  
qn  x  


1�
2n
2n
�x  1   x  1 �

2

1�
2n
2n
x, y �
�x  1   x  1 �

2

2
2
Ta có: pn 1  x   pn  x   qn  x 

qn 1  x   2 pn  x  qn  x 
f0  x   x 

x p0  x 

, x �0
1 q0  x 

Giả sử: f k  x  


Trang 9

x, y �

pk  x 
qk  x 

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


2

�pk  x  �

� 1
qk  x  �
pk2  x   qk2  x  pk 1  x 

� f k 1  x  


pk  x 
2 pk  x  q k  x 
qk 1  x 
2.
qk  x 
Do đó: f n  x  

pn  x 
qn  x 


n �, x �0

Ta có: n � , x �1, 0,1 thì có:
n1

2
2
2
2 1


 x  1   x  1 �
 x  1   x  1 �
fn  x 





n
n
n1
n
2
2
2
2

1

f n 1  x  �

 x  1   x  1 �
 x  1   x  1 �

��

n

n

n

2

2
2

2n
2n
�x  1   x  1 �
2  x  1  x  1
1


 1
 1
2n1
2n 1
2n1

2 n 1
x
 1 2n
 x  1   x  1
 x  1   x  1
f(
)
x 1
n

n

Bài 18. 11: Cho hàm số f : � � � thỏa mãn phương trình:
f  4 x   2005 f  2 x   2006 f  x  x �� . Chứng minh tồn tại số thực k để:
f  x   f  kx 
Hướng dẫn giải
n
*
Đặt f  2 x   un  n �N 

Từ f  4 x   2500 f  2 x   2006 f  x  x �� bằng quy nạp ta có:

f  2n  2 x   2005 f  2n 1 x   2006 f  2n x   x �� 
Hay un  2  2005un 1  2006un  0  un  0 
Hướng dẫn giải phương trình đặc trưng:

 2  2500  2006  0 ta được   1;   2006
Vậy un  p.1n  q  2006   0, n
n


Với p  0, q  0 thì un  u0
n
Vậy f  2 x   f  x  hay k  2n n �N 

Bài toán 18. 12: Cho ánh xạ P : * �* � �

Trang 10

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


 x, y  a

P  x, y  

Chứng minh nếu P  z , y  !� thì
*

3

x2  y 2  6
xy

P  x, y  �* .
Hướng dẫn giải

2
2
Đặt P  x, y   z . Xét phương trình: x  xyz  y  6  0


 1

Gọi  x0 , y0 , z  là nghiệm sao cho x0  y0 bé nhất. Vai trò x0 , y0 như nhau nên giả sử
x0 �y0 .

 2

2
2
Xét phương trình x  zy0 x  y0  6  0

Gọi nghiệm thứ hai là x1 thì x0 �x1
2
Ta có: x0  x1  zy0  3 x0 x1  y0  6  0

1) Nếu y0  x0 từ  1 � z  2 

 4

6
� *
2
x0

� x0  y0  1, z  8 (thỏa đề bài)
2) Nếu x0  x1 từ  4  �  x0  y0   x0  y0   6 , vô lý vì  x0  y0  và  x0  y0  cùng chẵn hay
cùng lẻ





3) Nếu y0

x0

x1

x0

y0 1 và x1 �y0  2

2
y0�1  y0
Từ  4  �y0 �6 �

 x

2

y0

4
3

y0

1

z0 z1


7

y02 mà y0  1 � x0 x1  7

x0  1 và x1  7 , vô lý vì x0  y0
3
Vậy z  2 �

p  x, y   2 � *

Bài 18. 13: Giả sử f : �� � là hàm liên tục và giảm sao cho với mọi
x, y �� : f  x  y  f  f  x   f  y    f  y  f  x  

Chứng minh rằng f  f  x    x
Hướng dẫn giải



Cho y  x ta được: f  2 x   f  2 f  x    f 2 f  x  f  x  







 

Thay x bằng f(x) ta có: f  2 f  x    f 2 f  f  x    f 2 f f  x   f  f  x  


Trang 11



– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Trừ hai phương trình trên ta suy ra:



 







f 2 f  f  x    f  2x   f 2 f f  x   f  f  x    f 2 f  x  f  x  



Nếu f  f  x    x , vế trái của phương trình trên âm, do đó:





f f  x   f  f  x    f  x  f  x   và f  x   f  f  x    x  f  x 

là điều mâu thuẫn.
Tương tự, ta cũng có điều mâu thuẫn xảy ra khi f  f  x    x
Vậy f  f  x    x , điều phải chứng minh.
Bài toán 18. 14: Cho song ánh f :  �  . Chứng minh rằng: Tồn tại vô số bộ  a, b, c  với
a, b, c � thỏa: a  b  c và 2 f  b   f  a   f  c 
Hướng dẫn giải
Ta xây dựng dãy  an  như sau:
Trong các số từ 0, 1, 2,..., m chọn số a1 sao cho f  a1   f  i  i  0; a1  m � 
Chọn a2  a1 sao cho f  a2   f  i  , i  0; a2
Chọn ak  ak 1 sao cho f  ak   f  i  , i  0; ak
Vậy ta có dãy a1  a2  ...  ak  ak 1 và f  a1   f  a2   ...  f  ak   f  ak 1 
Trong đó ai � và f  ai   f  j  j  0; ai
*
Vì f là song ánh nên f  ak 1   f  ak   p, p �N

Và c � để f  c   f  ak 1   p  f  ak 1 

ak 1  ai

Mặt khác: �

�f  ak 1   f  i 

i  1, k
i  1, an 1

Nên c  ak 1
�p  ak   f  ak 1   p

��

� 2 f  ak 1   f  ak   f  c 
f
c

f
a

p





k 1

Do cách xây dựng, dãy {an}là dãy vô hạn nên tồn tại vô số bộ (a, b, c) thỏa điều kiện
đã nêu.

Trang 12

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Bài toán 18. 15: Chứng minh với mọi hàm f : �� � thì:
f  xy  x  y   f  xy   f  x   f  y  , x, y ��
� f  x  y   f  x   f  y  , x, y ��
Hướng dẫn giải
- Phần đảo: Cho f  x  y   f  x   f  y  , x, y �R
thì f  xy  x  y   f  xy   f  x  y   f  xy   f  x   f  y  , x, y �R
- Phần thuận: Cho f  xy  x  y   f  xy   f  x   f  y  , x, y �R

Chọn x  y  0 thì f  0   0; a, b, c �R ta có :
f  a  b  c  ab  bc  ac  abc   f  a  c  b  bc   a   c  b  bc  
 f  a  c  b  bc    f  a   f  a  b  bc 
 f  ac  ab  abc   f  a   f  c   f  b   f  bc 
Vì f ( a  b  c  ab  bc  ca  abc)  f (ba  bc  abc)  f (a )  f (b)  f (c)  f (ac )
Nên f (bc)  f ( ab  ac  abc)  f ( ac)  f ( ab  bc  abc)
Lấy a  1: f (bc)  f (b  c  bc)  f (c)  f (b  bc  bc)

Do đó f (u  2v)  f (u )  2 f ( v), u, v �R
Lấy u  a thì (2v)  2 f (v), v � R nên f (u  2v)  f (u )  f (2v)
Hay: f (b  2bc)  f (b)  f (2bc), b, c � R
Nếu b  0 thì f (0)  2 f (0)  0 : Đúng
Nếu b �0 thì b  x, c 

y
thì có f ( x  y )  f ( x)  f ( y ), x, y �0.
2b

Bài toán 18. 16: Hàm số f xác định trên tập các số tự nhiên N và có giá trị trên đó. Chứng
minh rằng đẳng thức f  f  n    n  1995 không thể nghiệm đúng với mọi n � N .
Hướng dẫn giải
Ta chứng minh bằng phương pháp phản chứng Giả sử rằng ta có đẳng thức
 f  f  n    n  1995 đúng n �N . Khi đó:



f  n  1995   f f  f  n  

Trang 13




 f  n   1995

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Và suy ra: f  n  1995k   f  n   1995k (1) đúng n, k �N
Xét số nguyên r bất kì: 0 �r �1994 và chia f(r) cho 1995 có số dư
f (r )  1995 p  q với 0 �q �1994
Theo giả thiết: f ( f (r ))  r  1995
Từ (1): f ( f ( r ))  f ( q  1995 p)  f ( q)  1995 p
Vì r �1994 nên chỉ có thể có hai khả năng
(i): p  0 � f (r )  q và f (q )  r  1995
(ii): p  1 � f (r )  q  1995 và f (r ) � f (q ) nghĩa là r �q
Như vậy các số 0, 1,2,...,1994 có thể chia thành các cặp (a, b) sao cho
trong mỗi cặp f (a)  b và f (b)  a  1995 . Đó là điều vô lí vì từ 0 đến 1994 có
một số lẻ số.
Bài toán 18.17: Cho hàm số f(x) xác định và liên tục trên [0, 1] sao cho:
(i) f (0)  f (1)  0
�2 x  y �
(ii) 2 f ( x)  f ( y)  3 �
�với mọi x, y �[0, 1]
� 3 �
Chứng minh rằng f ( x)  0 với mọi x, y �[0, 1]
Hướng dẫn giải
�m �
Bằng quy nạp theo n ta sẽ chứng minh rằng f � n � 0 với mọi số nguyên n �0
�3 �
và với mọi m thoả mãn 0 �m �3n . Các điều kiện ở đề bài chứng tỏ điều này đúng với

n  0 . Giả sử điều này đúng với n  k  1  0 , ta chứng minh nó đúng với n  k .
�m � �m / 3 �
Nếu m  3 (mod 3) thì theo giả thiết quy nạp ta có: f � k � f � k 1 � 0
�3 � �3 �
Nếu m  1 (mod 3) thì 1 �m  3k  2 và
� m  1 / 3 �
�m �
3 f � k � 2 f � k 1 �
�3 �
� 3


� m  2  / 3 �
f � k 1
� 0  0  0
� 3


Cuối cùng, nếu m  2 (mod 3) thì 2 �m �3k  1 và
� m  1 / 3 �
�m � � m  2  / 3 �
3 f � k � f � k 1
� 2 f � k 1 �
�3 � � 3

� 3


Trang 14


– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


�m �
Vậy f � k � 0 với mọi số nguyên n, m �0 và m  3n
�3 �
Với mọi x � 0,1 , ta có thể lập nên một dãy số có dạng

m
có giới hạn x. Vì hàm f(x)
3k

liên tục nên suy ra f  x   0 với mọi x � 0,1 ta có điều phải chứng minh.

Bài toán 18.18: Hàm số f(x) xác định và có đạo hàm trên  0, � . Biết rằng với mọi x �0
luôn có:
1) �
�f  x  �
��5
f  x
2) f ( x ). f '( x )  sin x . Tồn tại hay không lim
x ��
Hướng dẫn giải
2
Đặt F  x   f  x   2 cos x xác định trên  0, �

(1) �F ( x)

f 2 ( x)


52 + 2

2 cos x

(2) � F '  x   2 f '  x  . f  x   2sin x �0 nên F(x) tang
n
Xét dãy số {x } = [2 , 2 +




, 4 , 4 + , 6 , 6 + ...]
2
2
2

Thì xn  0 , xn tăng và xn � �khi xn � �
Đặt U n  f ( xn ) thì U n là dãy số tăng và bj chặn trên, nên tồn tại lim U n
Giả sử rằng tồn tại limf(x) khi xn � � thì tồn tại Vn



lim  F  xn   F 2  xn    lim U n  lim F  xn 
x ��

x ��

x ��




2

Như thế tồn tại limcosx khi n � �, điều này không thể được vì:
2 cos xn = {2, 0, 2, 0,...} là dãy số không có giới hạn.
Vậy không tồn tại limf(x) khi xn � �.
Bài toán 18. 19: Tìm hàm f xác định trên tập các số nguyên dương và cũng nhận giá trị nguyên
dương thoả mãn: f ( n  1)  f ( f ( n)), n � N *
Hướng dẫn giải
Trước tiên ta sẽ chứng minh qui nạp: f (1)  f (2)  f (3)...
Gọi S n là phát biểu sau: nếu r �n và m  r thì f (r )  f (m)

Trang 15

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Vì khi m  1 thì (m)  f ( s ), với s  f (m - 1) , nên f(m) không thể là phần tử nhỏ nhất
của tập { f (1), f (2), f (3),...}
Nhưng tập này bị chặn dưới bởi 0, nên chắc chắn nó phải có phần tử bé , nhất. Suy ra phần
tử này là f(1). Vậy S1 đúng.
Giả sử S n đúng. Lấy m  n  1 , khi đó m - 1  n , do đó ta có f (m - 1)  f (n)
(vì S n đúng). Nhưng cũng từ Sn ta có: f ( n)  f (n - 1)  ...  f (1) , do vậy, ta được
f (n) �n -1  f (1) �n . Suy ra f ( m - 1)  n  1 từ đó f (m)  f (n  1) . Từ đây
suy ra rằng S n 1 đúng.
Vậy S n đúng với mọi n. Nói cách khác, nếu n �m thì f (n)  f (m).
Giả sử với số m nào đó ta có f ( m) �m  1 , thế thì: f ( f ( m))  f ( m  1) iều này mâu
thuẫn. Suy ra f (m) �m với mọi m. Nhưng do ta có f (1) �1 và
f  m   f (m - 1)  ...  f (1) nên f  m  �m với mọi m. Suy ra f  m   m với mọi
m.

Bài toán 18. 20: Cho tập hợp T gồm tất cả các số tự nhiên không vượt quá 1999. Hãy tìm tất cả
hàm số f xác định trên N, lấy giá trị trên T và thoả mãn đồng thời các điều kiện sau:
i) f (t )  t với mọi t �T
ii) f (m  n)  f ( f (m)  f ( n)) với mọi m, n �N
Hướng dẫn giải
Đặt f (2000)  a, b  2000 - a , với 1 �b � 2000
Ta nhận xét:
1) Với mọi r mà 0 �r  b, ta có: f(2000 + r) = a + r
N,0 r
2) Với mọi k Σ�

b , ta có: f (2000  kb  r )  a  r

Từ đó suy ra nếu f là hàm số cần tìm thì thoả mãn:
(t )  t


với mọi t �T (*)
�f (2000)  a
�f (2000  m)  a  r

Với r  m (mod (2000 - a)) và 0 �r �2000  a
Ngược lại cho a �T , xét hàm số f xác định trên N thoả (*) thì để ý:
f (n  b)  f (n) với mọi n �a, b  2000 - a
n  f (n) (mod b) với mọi n �N

Trang 16

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải



Vậy tất cả các hàm số thoả mãn đề bài được xác định theo công thức (*) với mỗi a �T cho
trước. Vậy có 2000 hàm số.
Bài toán 18. 21: Xác định tất cả các hàm f: N* � N* hoả mãn điều kiện:
f ( n)  f ( n  1)  f ( n  2) f ( n  3) - 1996 với mọi n �N *
Hướng dẫn giải
Từ giả thiết ta có: (k )  f (k  1)  f (k  2) f ( k  3) - 1996
Và f ( k  1)  f ( k  2)  f  k  3 f  k  4   1996 .
Do đó với mọi k �N thì f ( k  2) - f (k )  f ( k  3)[ f ( k  4) - f ( k  2)]
Suy ra rằng:
f (3) - f ( 1)  f (4) f (6)... f (2 k )[( f (2 k  1) - f (2 k - 1)] (1)
f (4) - f (2)  f (5) f (7)... f (2k  1 )[( f (2k  2) - f (2k ) (2)
Nếu f (3) - f (1) �0 và f (4) - f (2) �0 thì hai đẳng thức trên dẫn đến mâu thuẫn. Do
đó xảy ra các trường hợp sau:
1) f (3) - f (1) �0 và f (4) - f (2)  0
Từ (2) có f (2k  2)  f (2 k )  c � 0 với mọi k.
k 1
Nên (2) dẫn tới f (3) - f (1) I  ck _11 f (2 k  1) - f (2k -1) �c với mọi k. Như vậy
ta phải có c  1 .

Từ đó (1) trở thành f (3) - f (1)  f (2k  1) - f (2k - 1) nên dãy ( f (2k  1))
là cấp số cộng với công sái d. Như thế với mọi k ta có:
f (2k )  1, f (2k - 1)  f (1)  ( k - 1) d .
Từ giả thiết cho n  1 ta có
f (1)  f (2)  f (3) f (4) - 1996  f (1)  1  ( f (1)  d ) - 1996
1 khi n  2k

� d  1997 . Vậy ta có: f  n   �
a là số nguyên dương
�a  ( k - 1)1997 khi n  2 k -1

tùy ý.
2) f (3) - f (1)  0, f (4) - f (2) � 0 . Lập luận như trên ta có kết quả:
1 khi n  2k  1

f  n  �
với a là sô nguyên dương tùy ý.
�a  (k -1)1997 khi n  2k
3) f (3) - f (1)  0, f (4) - f (2)  0
Khi đó f (2k )  a, f (2k - 1)  b với mọi k �N * và a, b nguyên dương tùy ý.

Trang 17

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Với n  1 ta có:
f (1)  f (2)  f (3) f (4) - 1996 � b  a  ab -1996
� (a -1 )(b -1 )  1997
Vì 1997 là số nguyên tố nên hoặc a  2, b  1998 hoặc a = 1998, b = 2. Ta có hai hàm
số thỏa mãn yêu cầu bài toán là:
�2 khi n  2k
�2 khi n  2 k -1
f  n �
và f  n   �
1998 khi n  2 k -1
1998 khi n  2k


Bài toán 18. 22: Tìm tất cả các hàm f: N * � N * thoả mãn
i) f  x  22   f  x  với mọi x �N *

ii) f  x 2 y    f  x   với mọi x, y �N *
2

Hướng dẫn giải
Ta chỉ cần xác định giá trị hàm số tại x �{1, 2, 3,..., 22}
Cho x  y  1 ta tính được f (1)  1
Với mỗi x nguyên (2 �x �21) luôn có k �N * sao cho 1  22k Mx
Suy ra với x như trên ta có
1  22k  mx  mx 2  x  22kx với k là số tự nhiên.
Từ đó:

f ( x )  f ( x  22kx)  f ( x 2 m)  ( f ( x )) 2 f (m)  f ( x) f (m)  1

� f ( x)  1 . Ta tính f(11) và f(22)
Ta có f (22)  f (44)  f (22.11)  ( f (2)) 2 . f (11)  f (11)  1
Mặt khác f (112.2)  ( f (11 )) 2 . f (2)  ( f (11)) 2
Và f (112.2)  f (22  10.22)  f (22)  f (11)
Vậy: f ( x)  1 với mọi x �N
Bài toán 18. 23: Tồn tại hay không hàm số f: N * � N * thoả mãn điều kiện:
f  f  n    3n  2 f  n  với mọi x �N *
Hướng dẫn giải
Giả sử tồn tại hàm số f thỏa mãn yêu cầu bài toán.

 

Với mỗi a �N * , xây dựng dãy số a n như sau:
a1  a, an i  f (an ), n  1 , 2, 3..

Trang 18


– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Từ giả thiết ta có:
an 1  f (an )  f ( an 1 )  f ( an 1 )  3an 1 � a n 1  2an  3an 1
Từ đó chứng minh được an 1  4an  2  3an 3  0 với mọi n �4
Do an  0 nên đẳng thức trên không thể xảy ra.
Vậy không tồn tại hàm số f.
Bài toán 18. 24: Tìm tất cả các hàm f : Z � Z thoả mãn điều kiện
3 f (n)  2 f ( f (n))  n, n, � Z
Hướng dẫn giải
Viết lại phương trình hàm ban đầu 2 f ( f (n)  2 f (n)  f (n)  n
Đặt g (n)  f ( n)  n ta có g (n)  2 g ( f ( n)), n � Z.
Ta có: g (n)  2 g ( f (n))  2 2 g ( f ( f (n))  23 g ( f ( f ( f ( n))))  ...
Suy ra rằng g  n  chia hết cho 2k với mọi số tự nhiên k. Điều này chỉ xảy ra khi
g (n)  0 � f (n)  n . Thử lại đúng.
Vậy f (n)  n, n � Z.
Bài toán 18. 25: Tìm tất cả các hàm số f : Z � Z thỏa mãn:
i) f ( f (m)  n)  f (m 2 )  f (n)  2nf (m), m, n �Z
ii) f  1  0.
Hướng dẫn giải
Cho n  0 ta có f ( f ( m))  f ( m2 )  f (0)
Thay n bởi f(m) ta có:
f (0)  f ( m 2 )  f ( f (m)  2( f ( m)) 2  2 f ( m 2 )  f (0)  2( f ( m)) 2
Từ đó ta có: f (m2 )  ( f (m)) 2 , m � Z
Suy ra f (0)  ( f ( f (0)) 2 � f (0)  0 hoặc f  0   1
Giả sử f  0   1 . Cho m  0 thì f ( f (0))  2 f (0) nên f  1  2
Cho m  1 thì f (1)  f 2 (1)  4 : vô lý nên f  0   0
Thay m  0 vào hệ thức đầu bài ta có f (-n)  f ( n), n � Z
Thay m  1 vào hệ thức ở đầu bài ta có: f (1  n)  1  f (n)  2n


Trang 19

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Hay f (n  1)  1  f (n)  2n  f ( n)  f (n  1)  2n  1
Từ đó với mọi n  0 ta có
f (n)  f (n)  f ( n  1)  f ( n  1)  f ( n  2)  ...  f (1)  f (0)  f (0)
 (2n  1)  (2 n  3)  ...  3  1  n 2
2
2
Do đó f  n   n , n �Z . Thử lại đúng. Vậy f  n   n , n �Z

Bài toán 18. 26: Cho hàm số f xác định trên tập hợp các số nguyên dương N* và nhận giá trị
trong tập đó thoả mãn:  m 2  n  chia hết cho  f  m  
2

2

 f  n  với mọi số nguyên

dương m, n.
Hướng dẫn giải
Trước hết cho m  n  1 ta được 4 chia hết cho ( f (1)) 2  f (1) nên có f  1  1
Với mỗi p nguyên tố, thay m  1 và n  p  1 ta được:
f ( p  1)  1 chia hết p 2
Từ đó: f ( p  1)  p  1 hoặc f ( p  1)  p 2  1
Giả sử f ( p  1)  p 2  1 thì
f (1)  ( f ( p  1))2  p 4  2 p 2  2 chia hết (1  ( p  1) 2 ) 2

� p 4  2 p 2  2  ( p 2  2 p  2) 2 , vô lí
Do đó ta phải có f ( p  1)  p  1.
Bây giờ với n là số tự nhiên tùy ý, chọn m  p  1 , ta có:
A  f (n)  ( p  1) 2 chia hết (n  ( p  1) 2 ) 2
Chú ý rằng (n  ( p  1) 2 )2  ( n  f (n)  A) 2  ( n  f ( n)) 2 (mod A)
Như vậy A chia hết (n  f (n)) 2 Với bất kì số nguyên tố p. Chỉ cần chọn p đủ lớn ta có
A  (n  f (n)) 2 .
Từ đó f ( n)  n . Thử lại đúng. Vậy f ( n)  n vơi mọi n �N *
Bài toán 18. 27: Tìm tất cả f : Z � Z sao cho:
i) f  1995   1996
ii) m �Z , Nếu f ( m)  n thì f ( n)  m và f (n  3)  m  3
Hướng dẫn giải

Trang 20

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Ta có: n �Z , f ( f (n))  n và f ( f ( n)  3)  n  3
Nên f ( n  3)  f ( f ( f (n)  3))  f ( n)  3, n � Z
�f (0)  3k , n  3k

(1)  3k , n  3k  1
Suy ra: f  n   �
�f (2)  3k , n  3k  2

Với k �Z . Vì 1995M3 nên từ f (1995)  1996
f (0)  1995  1996 � f (0)  3991 � f (3991)  0
Mà 3991 =3.1330+ 1 nên: 0  f (1)  3990 � f (1)  3990
Nếu f (2)  3t , t � Z thì:

2  f (3t )  f (0)  3t  3991  3t  3989  3t  3989 M
3 (vô lý)
�f  2 

3t , t

Z

Nếu f (2)  3t  1 thì
2  f (3t  1)  f (1)  3t  3990  3t  3988  3t  3988 M3 (vô lý)




f (2)

3t

1. Như vậy: f (2)  3t  2

3991  n, n �3k  2

Tóm lại ta có: f  n   �
với t bất kỳ, k �Z
3t  n  4, n  3k  2

Thử lại, ta thấy hàm số trên là nghiệm của bài toán.
Bài toán 18. 29: Tìm tất cả các hàm số f xác định trên tập hợp các số nguyên z và lấy giá trị
trong tập số thực dương R* sao cho:
f (m  1) f (m)  f (m) f (m  1)  2 f ( m  1) f ( m  1), m � Z

Hướng dẫn giải
Giả sử hàm số thoả f ( m - 1) f ( m)  f ( m) f ( m  1)  2 f ( m -1 ) f ( m  1), m � Z


1
1
2


, m �Z
f  m  1 f  m  1 f  m 



1
1
1
1



, m �Z
f  m  1 f  m  1 f  m  f  m  1

Đặt g  m  

1
1

, m �Z

f  m  f  m  1

Ta có: g (m  1)  g (m), Vm �Z

Trang 21

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Nếu f(m) không là hàm hằng thì tồn tại k � Z sao cho g  k  � 0 .
Xét trường hợp g  k   0 : Với p nguyên dương thì:
g (k  1)  g (k  2)  ...  g (k  p) = 


1
1

f  k  f  k  p

1
1
1

 g  k  1  g  k  2   ...  g  k  p  �
 pg  k   0
f  k  p f  k 
f  k

� p


1
f  k g k

Khi đó 0 

1
1

vô lý
f  k  p f  k 

* Xét trường hợp g  k   0 với q nguyên dương thì:
g (k )  g (k  1)  ...  g ( k  ( q  1)) =
�

1
1

f  k  f  k  q

1
1
1

g(k ) + g(k  1) + ... + g(k  q + 1 ) �
 qg  k 
f  k  q
f  k
f k


Ta có: 

1
 0 , ta sẽ chọn q nguyên dương sao cho:
f  k  q

1
1
 qg  k   0 � q 
f  k
f  k g k
Khi đó 

1
1
�
 qg  k   0, vô lý
f  k  q
f  k

Vậy f(m) phải là hàm hằng � f  m   C . Thử lại đúng
Vậy f  m   C , m �Z , với C là số thực dương tuỳ ý.
Bài toán 18. 30: Tìm tất cả các hàm số f : Q � Q thoả:

�f  1  2

�f ( xy  y )  f ( x). f ( y )  f ( x  1)  2 x, y � Q
Hướng dẫn giải
Từ giả thiết, cho y  1 ta có:


Trang 22

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


f ( x  1)  2 f ( x)  f ( x  1)  2, x � Q
� f ( x  1)  f ( x)  1, x � Q
Bằng phương pháp quy nạp ta chứng minh được:
f ( x  n)  f ( x)  n x � Q, n �Z .
Từ giả thiết cho y  x , ta có:
f ( x 2  x)  f 2  x   f ( x  1)  2, x �Q
f ( x 2  x)  f 2  x   f ( x)  1  2, x �Q
x �Q , đặt x 

p
(p �Z, q � N \ {0} thì có:
q

2

� 2 �p
�p
� �p


f�

q



q
� f �  q �

� �



�q
� �q

�q




�p

f �  q � 1
�q


2
2

� �
�p � p
�p � �
2
� f�
� �  q  2 p  q � f �

� � q �
q
q




�q � �




�p �
f � � q  1
�q �

2

� 2 �p �
�p � p
�p �
2
� f�


q

2
p


q
� f � � 2qf � � q 2 
� �


�q � q
�q �
�q �



�p � �p �
�p �
� f 2 � � f � � 1  q 2  2 p  q  f 2 � � 2qf
�q � �q �
�q �

�p �
f � � q  1
�q �

�p � 2
�p �
� � q  f � � q  1
�q �
�q �

�p �
�p � p
� qf � � p  q � f � �  1 (Do q �0 )

�q �
�q � q
Vậy f ( x )  x  1 , x � Q
Thử lại ta thấy hàm số f ( x )  x  1, x � Q thảo đề bài
Bài toán 18. 31: Tìm tất cả các hàm số f : Q * � Q * thoả mãn đồng thời các điều kiện sau
với mọi x �Q *
i) f ( x  1)  f ( x)  1
i)) f  x 2    f  x  

2

Hướng dẫn giải
Từ điều kiện i) thì có f ( x  nk )  f ( x)  k , x �Q * và k �N

Trang 23

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


Lấy x 

p
�Q * ( p, q � N *).
q

�p 2 � m 2
�p � m
Giả sử f  x   f � � � f � 2 � 2
�q � n
�q � n

�p
� �p �
m
Khi đó f �  q � f � � q   q
n
�q
� �q �
�p 2
� m 2 2mq
� f � 2  2 p  q 2 � 2 
 q2
n
�q
� n
�p 2 �
m 2 2mq
2mq
m p
2
f

2
p

q


 q2 �
 2p � 
Hay � 2 �

2
n
n
n
n q
�q �
Nên f ( x)  x, x � Q . Thử lại đúng. Vậy f  x   x, x �Q
Bài toán 18. 32: Gọi Q* là tập hợp tất cả các số hữu tỉ dương. Hãy xây dựng một hàm số f:
Q* � Q * sao cho: f ( xf ( y )) 

f  x
, với mọi x, y �Q * .
y
Hướng dẫn giải

Trước tiên, ta chứng minh f (1)  1
Thật vậy, ấy x  y  1 ta có f ( f (1))  f ( 1) , suy ra:
f (1 )  f ( f (1 ))  f (1 f ( f (1 ))) 

f  1
1
f  1

Tiếp đến, ta sẽ chứng minh rằng f ( xy )  f ( x) f ( y)
�1 �
f�

�1
� �f  y  �
Với mọi y �Q * ta có:

1 = f(1) =f �
�f  y  f  y  �
�
y


Do đó, nếu z 

1
thì f ( z )  y . Từ đó suy ra:
f  y

f ( xy )  f ( xf ( z )) 

f  x
 f ( x) f ( y)
z

Sau cùng, ta có: f ( f ( x))  f (1 f ( x)) 

f  1 1

x
x

Bài toán chỉ yêu cầu tìm một hàm thoả mãn các điều kiện đã cho. Do vậy, ta phân tập các
số nguyên tố thành 2 tập vô hạn:

Trang 24


– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


S  { p1 , p2 ,..}; T  {q1 , q2 ,...}
Ta bắt đầu xây dựng hàm f thoả mãn yêu cầu bài toán bằng định nghĩa
1
f  pn   qn . f  p n  
pn
Sau đó, chúng ta mở rộng định nghĩa này trên tập các số hữu tỉ bằng cách dùng các hệ thức
f  xy   f  x  f  y  :
� pi pi ...qi qi
f� 1 2 1 2
�pk pk ...qm qm
� 1 2
1
2

� pm1 pm2 ...qi1 qi2 ..


� pi pi ...qk qk
� 1 2
1
2

Thử lại, ta thây hàm vừa xây dựng thoả mãn: f ( xf ( y )) 

f  x
y


Bài toán 18. 33: Tìm tất cả các hàm f: [0, 1) �  0, 1 thoả mãn điều kiện:
f ( f ( x ))  f ( x )  12 x , với mọi x �0 .
Hướng dẫn giải
Cho trước x �0 tùy ý. Đặt f 0  x   x và f1  x   f  x 
Với n �1 đặt f n  x   f  f n 1  x  
Phương trình hàm đã cho trở thành f n  2  x   f n 1  x   12 f n  x 
2
Phương trình đặt trưng x  x  12  0 � x1  3, x2  4

Nên f n  x   C1 3n  C2  4 

n

Sử dụng điều kiện ban đầu, ta có:
C1 

f  x   4x
3x  f  x 
và C2 
7
7

Từ đó ta có: f 0  x  

1
1
n
f  x   4 x  3n   3x  f  x   .  4 

7

7

Vì f  x  �0 nên f n  x  �0 với mọi n �0
Cho n là số chẵn, ta có:

1
1
n
f  x   4 x  3n   3 x  f  x   .  4  �0

7
7

Từ đây ta có được 3 x  f  x  �0
Cho n là số lẻ, ta có:

Trang 25

1
1
f  x   4 x  3n   3x  f  x   4n �0

7
7

– Website chuyên đề thi thử file word có lời giải


×