Câu 3HSG#tax:v1#topic:M12.E04.MATH_OPTIMIZATION

Câu 7 (7 điểm). Trong một trò chơi, nhân vật Mario cần di chuyển về phía trước bằng các lần nhảy xa với độ dài mỗi lần là 1 mét hoặc mét hoặc mét, trong đó và là các số nguyên dương thỏa mãn . Cho trước một chặng đường cần di chuyển có độ dài là mét, với là một số nguyên dương, Mario luôn sử dụng chiến thuật nhảy về phía trước như sau: trước tiên Mario sẽ thực hiện các lần nhảy với độ dài mỗi lần mét (với số lần tối đa có thể sao cho chưa vượt quá đích); nếu vẫn chưa tới đích, Mario sẽ thực hiện tiếp các lần nhảy với độ dài mỗi lần mét (với số lần nhảy tối đa sao cho chưa vượt quá đích), rồi cuối cùng là chuyển sang các lần nhảy với mỗi bước nhảy là 1 mét. Mario sẽ thắng nếu không tồn tại cách di chuyển nào đến đích có số lần nhảy ít hơn so với chiến thuật trên. Trong trường hợp ngược lại, Mario sẽ thua.
a) Hãy chỉ ra rằng với , tồn tại một số để Mario thua trong trò chơi này.
b) Tìm số lượng tất cả các cặp , với , để Mario luôn thắng theo chiến thuật trên với mọi số nguyên dương .

Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
a) Chọn . Khi đó Mario sẽ nhảy xa được đúng một lần với độ dài (mét). Cần phải di chuyển thêm (mét), không đủ cho một lần nhảy với độ dài (mét), nên Mario cần phải nhảy thêm 4 lần, mỗi lần với độ dài 1 mét. Vì vậy Mario phải nhảy đúng 5 lần.
Trong khi đó, có cách khác chỉ sau 3 lần nhảy, mỗi lần với độ dài 6 mét để đến đích với khoảng cách 18 mét, và do đó Mario sẽ thua.

b) Ta gọi một cặp là Tốt, nếu Mario luôn thắng với mọi số nguyên dương . Trong trường hợp ngược lại, tức là nếu tồn tại một số nguyên dương sao cho Mario thua, thì ta nói là Không tốt.
Bổ đề. Cặp là không tốt khi và chỉ khi tồn tại số nguyên sao cho

Chứng minh bổ đề.
Điều kiện đủ. Giả sử . Rõ ràng khi đó . Cho , khi đó Mario sẽ nhảy một lần với độ dài mét. Khoảng cách còn lại cần phải di chuyển là , nên Mario sẽ phải nhảy thêm ít nhất lần, mỗi lần 1 mét. Tổng cộng Mario phải nhảy ít nhất lần. Tuy nhiên có cách khác đến đích với lần nhảy, mỗi lần mét, do đó Mario sẽ thua.
Điều kiện cần. Giả sử là một cặp không tốt, do đó có cách nhảy đến đích với số lần nhảy ít hơn cách của Mario. Gọi số lần nhảy tương ứng mét của Mario là , , , . Suy ra tồn tại một bộ khác gồm các số nguyên không âm thỏa mãn

Từ các hệ thức trên suy ra .
Do đó . Vì suy ra .
Ngoài ra không thể xảy ra trường hợp , vì khi đó ta phải có đánh giá , dẫn tới : mâu thuẫn với cách chơi của Mario.
Vì vậy ta có hệ thức .
Đặt , , . Suy ra
Theo cách nhảy xa của Mario, ta có . Do đó

dẫn tới . Chia cả hai vế cho ta nhận được

Đặt , suy ra và . Do là số nguyên dương, ta suy ra . Do nên . Bổ đề được chứng minh.
Bây giờ, với mỗi cố định, ta đếm số cặp tốt. Từ Bổ đề trên ta thấy rằng là không tốt khi và chỉ khi tồn tại số nguyên sao cho .
Vì suy ra . Từ đó với là không tốt, phải có .
Gọi là số nguyên dương sao cho . Khi đó . Vậy cặp là không tốt khi và chỉ khi và , ở đó tập là hợp của khoảng đôi một không giao nhau sau đây:

Do đó cặp là tốt khi và chỉ khi và . Dễ thấy với mọi , , có duy nhất một số nguyên dương nằm giữa hai khoảng liên tiếp , và không thuộc hai khoảng này.
Tổng cộng có số như vậy. Ngoài ra, có số thỏa mãn . Với một số cố định, có cặp tốt.
Nhận thấy . Suy ra .
Do đó số cặp tốt với là .
Nhận xét rằng với , . Do đó

Đặt , suy ra . Với mỗi số cố định, ta có tương đương với . (*)
Bằng cách xét tính chẵn lẻ của , ta thấy có tất cả số thỏa mãn (*) với mỗi số cố định. Vì vậy, nếu đặt , ta có



Đáp số: 1086 cặp.
Câu hỏi này trích từ đề thi chính thức:

Đề Thi Học Sinh Giỏi Quốc Gia Toán 2025-2026 - Ngày Thi Thứ Hai 26/12/2025 - Đề Số 2

3 câu hỏi•Thời gian 180 phút•Chấm điểm & giải thích chi tiết
Làm trọn bộ đề thi này

Các câu hỏi khác trong đề (3 câu)

Xem toàn bộ đề →