hai bài toán hay trên THTT

Một dạng của bất đẳng thức Ptoleme

Bổ đề cơ bản về số học

Bổ đề 1: Cho hai số $b,c \in \mathbb{N}$, đặt $a=(b,c)$. Khi đó tồn tại hai số nguyên $x,y$ sao cho:
$bx+cy=a$.
Chứng minh: gọi M là tập các số nguyên có dạng $bx+cy$, $l=bx_0+cy_0$ là phần tử nguyên dương nhỏ nhất của tập M. Ta sẽ chứng minh $l=a$
 Giả sử $l \nmid b$ ta có $b=lq+r \implies r=b-lq=b(1-x_0q)-cy_0q$ vậy thì $r$ cũng thuộc tập M, nhưng $r<l$ nên mâu thuẫn với cách chọn $l$ , vậy $l \mid b$ tương tự thì $l \mid c$
do đó $l \mid a$ mà dễ thấy được $a \mid l$ do đó $a=l$
Vậy ta có điều phải chứng minh
Bổ đề 2: Cho $u,v$ là hai số tự nhiên thoả $(u,v)=1$
thì $(u^n-v^n,u^m-v^m) = u^{(n,m)}-v^{(n,m)}$ với mọi $n,m \in \mathbb{N}$
Chứng minh :  không mất tính tổng quát giả sử $m>n$
Vì $(u,v)=1 \implies (u^k-v^k,u^{k'} )=1$
do đó $(u^n-v^n,u^m-v^m)=((u^n-v^n)u^{m-n},u^m-v^m) \\  =(u^m-u^{m-n}v^n,u^m-v^m)=((u^{m-n}-v^{m-n})v^n,(u^n-v^n)u^{m-n})=(u^n-v^n,u^{m-n}-v^{m-n})$
để cho gọn ta đặt $A_x=u^x-v^x$ thì $(A_m,A_n)=(A_n,A_{m-n})$
vậy $(A_m,A_n)=(A_r,A_n)$ với $r$ là dư khi chia m cho n
Vậy lập luận tương tự thuật toán Euler ta có $(A_m,A_n)=A_{(m,n)}$, suy ra điều phải chứng minh

Định lí con bướm

Bài chọn đội tuyển của PTNK

một dạng giống với phương trình Diophante

Chứng minh phương trình$x+y=g$với $(x,y)=l$ có nghiệm nguyên khi và chỉ khi $l | g$
hiển nhiên phương trình có nghiệm thì $l|g$, ta chứng minh điều kiện đủ:
đặt $x=lx_1,y=ly_1,g=lg_1$ ta có $x_1+y_1=g_1$ với $(x_1,y_1)=1$
ta chọn $x_1=1$ $y_1=g_1-1$ thì suy ra ngay điều phải chứng minh

bổ đề về đường đẳng giác

$\boxed{Bồ \space đề \space 1}$: Cho $\triangle ABC, AP$ và $AQ$ đẳng giác trong góc $A$, đặt $X=BP\cap CQ, Y=BQ\cap CP$, khi đó $AX,AY$ đẳng giác trong góc $A$
Chứng minh:
đặt $CX\cap AB=N, CY\cap AC=M$
ta có $(CPYM)=(CXQN)$
suy ra $A(CPYB)=A(CXQB)$
từ đây, gọi giao điểm với $BC$ và áp dụng định lí Steiner ta dễ thấy đpcm
 Định lý 1 (Định lý Steiner). Cho tam giác ABC và hai điểm D, E trên cạnh BC. Khi đó,
AD và AE là hai đường đẳng giác của góc ∠BAC khi và chỉ khi:
$\frac{\overline{DB}}{\overline{DC}}.\frac{\overline{EB}}{\overline{EC}}=\frac{AB^2}{AC^2}$

$\boxed{Bổ\space đề \space 2 }:$ cho $\triangle{ABC}$ $H$ nằm trong $\triangle$ sao cho $\widehat{HBA}=\widehat{HCA}$,$H'$ đối xứng $H$ qua trung điểm $BC$.Chứng minh $AH$,$AH'$ đẳng giác trong góc$A$ 
Chứng minh: 
kẻ $HP,H'N \perp AC, HQ,H'M \perp AB$ dễ thấy $\triangle{APQ} \sim \triangle{AMN}$ suy ra đpcm