高中数学竞赛讲义(含答案)

1目录§1数学方法选讲（1）„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3§2数学方法选讲（2）„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13§3集合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24§4函数的性质„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32§5二次函数(1)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„42§6二次函数(2)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„56§7指、对数函数,幂函数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„64§8函数方程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„75§9三角恒等式与三角不等式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„78§10向量与向量方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„86§11数列„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„96§12递推数列„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„103§13数学归纳法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„106§14不等式的证明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„111§15不等式的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„122§16排列，组合„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„130§17二项式定理与多项式„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„134§18直线和圆，圆锥曲线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„143§19立体图形，空间向量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„161§20平面几何证明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„173§21平面几何名定理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1802§22几何变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„186§23抽屉原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„194§24容斥原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„205§25奇数偶数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„214§26整除„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„222§27同余„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„230§28高斯函数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„238§29覆盖„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„245§29涂色问题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„256§30组合数学选讲„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2653§1数学方法选讲（1）同学们在阅读课外读物的时候，或在听老师讲课的时候，书上的例题或老师讲解的例题他都能听懂，但一遇到没有见过面的问题就不知从何处入手。看来，要提高解决问题的能力，要能在竞赛中有所作为，首先得提高分析问题的能力，这就需要学习一些重要的数学思想方法。例题讲解一、从简单情况考虑华罗庚先生曾经指出：善于“退”，足够的“退”，退到最原始而又不失去重要性的地方，是学好数学的一个诀窍。从简单情况考虑，就是一种以退为进的一种解题策略。1.两人坐在一张长方形桌子旁，相继轮流在桌子上放入同样大小的硬币。条件是硬币一定要平放在桌子上，后放的硬币不能压在先放的硬币上，直到桌子上再也放不下一枚硬币为止。谁放入了最后一枚硬币谁获胜。问：先放的人有没有必定取胜的策略？2．线段AB上有1998个点（包括A，B两点），将点A染成红色，点B染成蓝色，其余各点染成红色或蓝色。这时，图中共有1997条互不重叠的线段。问：两个端点颜色相异的小线段的条数是奇数还是偶数？为什么？3．1000个学生坐成一圈，依次编号为1，2，3，„，1000。现在进行1，2报数：1号学生报1后立即离开，2号学生报2并留下，3号学生报1后立即离开，4号学生报2并留下„„学生们依次交替报1或2，凡报1的学生立即离开，报2的学生留下，如此进行下去，直到最后还剩下一个人。问：这个学生的编号是几号？44．在6³6的正方形网格中，把部分小方格涂成红色。然后任意划掉3行和3列，使得剩下的小方格中至少有1个是红色的。那么，总共至少要涂红多少小方格？二、从极端情况考虑从问题的极端情况考虑，对于数值问题来说，就是指取它的最大或最小值；对于一个动点来说，指的是线段的端点，三角形的顶点等等。极端化的假设实际上也为题目增加了一个条件，求解也就会变得容易得多。5．新上任的宿舍管理员拿着20把钥匙去开20个房间的门，他知道每把钥匙只能打开其中的一个门，但不知道哪一把钥匙开哪一个门，现在要打开所有关闭的20个门，他最多要开多少次？6．有n名（n≣3）选手参加的一次乒乓球循环赛中，没有一个全胜的。问：是否能够找到三名选手A，B，C，使得A胜B，B胜C，C胜A？7．n（n≣3）名乒乓球选手单打比赛若干场后，任意两个选手已赛过的对手恰好都不完全相同。试证明，总可以从中去掉一名选手，而使余下的选手中，任意两个选手已赛过的对手仍然都不完全相同。8．在一个8³8的方格棋盘的方格中，填入从1到64这64个数。问：是否一定能够找到两个相邻的方格，它们中所填数的差大于4？5三、从整体考虑从整体上来考察研究的对象，不纠缠于问题的各项具体的细节，从而能够拓宽思路，抓住主要矛盾，一举解决问题。9．右图是一个4³4的表格，每个方格中填入了数字0或1。按下列规则进行“操作”：每次可以同时改变某一行的数字：1变成0，0变成1。问：能否通过若干次“操作”使得每一格中的数都变成1？10．有三堆石子，每堆分别有1998，998，98粒。现在对这三堆石子进行如下的“操作”：每次允许从每堆中各拿掉一个或相同个数的石子，或从任一堆中取出一些石子放入另一堆中。按上述方式进行“操作”，能否把这三堆石子都取光？如行，请设计一种取石子的方案；如不行，请说明理由。11．我们将若干个数x，y，z，„的最大值和最小值分别记为max（x，y，z，„）和min（x，y，z，„）。已知a+b+c+d+e+f+g=1，求min[max（a+b+c，b+c+d，c+d+e，d+e+f，e+f+g）]6课后练习1.方程x1+x2+x3+„+xn-1+xn=x1x2x3„xn-1xn一定有一个自然数解吗？为什么？2.连续自然数1，2，3，„，8899排成一列。从1开始，留1划掉2和3，留4划掉5和6„„这么转圈划下去，最后留下的是哪个数？3.给出一个自然数n，n的约数的个数用一个记号A（n）来表示。例如当n=6时，因为6的约数有1，2，3，6四个，所以A（6）=4。已知a1，a2，„，a10是10个互不相同的质数，又x为a1，a2，„，a10的积，求A（x）。4.平面上有100个点，无三点共线。将某些点用线段连结起来，但线段不能相交，直到不能再连结时为止。问：是否存在一个以这些点中的三个点为顶点的三角形，它的内部没有其余97个点中的任何一个点？5.在一块平地上站着5个小朋友，每两个小朋友之间的距离都不相同，每个小朋友手上都拿着一把水枪。当发出射击的命令后，每人用枪射击距离他最近的人。问：射击后有没有一个小朋友身上是干的？为什么？6.把1600粒花生分给100只猴子，请你说明不管怎样分，至少有4只猴子分的花生一样多。7.有两只桶和一只空杯子。甲桶装的是牛奶，乙桶装的是酒精（未满）。现在从甲桶取一满杯奶倒入乙桶，然后从乙桶取一满杯混合液倒入甲桶，这时，是甲桶中的酒精多，还是乙桶中的牛奶多？为什么？8.在黑板上写上1，2，3，„，1998。按下列规定进行“操作”：每次擦去其中的任意两个数a和b，然后写上它们的差（大减小），直到黑板上剩下一个数为止。问：黑板上剩下的数是奇数还是偶数？为什么？7课后练习答案1.有。解：当n=2时，方程x1+x2=x1x2有一个自然数解：x1=2，x2=2；当n=3时，方程x1+x2+x3=x1x2x3有一个自然数解：x1=1，x2=2，x3=3；当n=4时，方程x1+x2+x3+x4=x1x2x3x4有一个自然数解：x1=1，x2=1，x3=2，x4=4。一般地，方程x1+x2+x3+„+xn-1+xn=x1x2x3„xn-1xn有一个自然数解：x1=1，x2=1，„，xn-2=1，xn-1=2，xn=n。2.3508。解：仿例3。当有3n个数时，留下的数是1号。小于8899的形如3n的数是38=6561，故从1号开始按规则划数，划了8899-6561=2338（个）数后，还剩下6561个数。下一个要划掉的数是2388÷2³3+1=3507，故最后留下的就是3508。3.1024。解：质数a1有2个约数：1和a，从而A（a1）=2；2个质数a1，a2的积有4个约数：1，a1，a2，a1a2，从而A（a1³a2）=4=22；3个质数a1，a2，a3的积有8个约数：1，a1，a2，a3，a1a2，a2a3，a3a1，a1a2a3，从而A（a1³a2³a3）=8=23；„„于是，10个质数a1，a2，„，a10的积的约数个数为8A（x）=210=1024。4.存在。提示：如果一个三角形内还有别的点，那么这个点与三角形的三个顶点还能连结，与已“不能再连结”矛盾。5.有。解：设A和B两人是距离最近的两个小朋友，显然他们应该互射。此时如果有其他的小朋友射向他们中的一个，即A，B中有一人挨了两枪，那么其他三人中必然有一人身上是干的。如果没有其他的小朋友射向A或B，那么我们再考虑剩下的三个人D，E，F：若D，E的距离是三人中最近的，则D，E互射，而F必然射向他们之间的一个，此时F身上是干的。6.假设没有4只猴子分的花生一样多，那么至多3只猴子分的花生一样多。我们从所需花生最少情况出发考虑：得1粒、2粒、3粒„„32粒的猴子各有3只，得33粒花生的猴子有1只，于是100只猴子最少需要分得花生3³（0+1+2+„+32）+33=1617（粒），现在只有1600粒花生，无法使得至多3只猴子分的花生一样多，故至少有4只猴子分的花生一样多。7.一样多。提示：从整体看，甲、乙两桶所装的液体的体积没有发生变化。甲桶里有多少酒精，就必然倒出了同样体积的牛奶入乙桶。所以，甲桶中的酒精和乙桶中的牛奶一样多。8.奇数。解：黑板上开始时所有数的和为S=1+2+3+„+1998=1997001，是一个奇数，而每一次“操作”，将（a+b）变成了（a-b），实际上减少了2b，即减少了一个偶数。因为从整体上看，总和减少了一个偶数，其奇偶性不变，所以最后黑板上剩下一个奇数。9例题答案：1．分析与解：如果桌子大小只能容纳一枚硬币，那么先放的人当然能够取胜。然后设想桌面变大，注意到长方形有一个对称中心，先放者将第一枚硬币放在桌子的中心，继而把硬币放在后放者所放位置的对称位置上，这样进行下去，必然轮到先放者放最后一枚硬币。2．分析：从最简单的情况考虑：如果中间的1996个点全部染成红色，这时异色线段只有1条，是一个奇数。然后我们对这种染色方式进行调整：将某些红点改成蓝点并注意到颜色调整时，异色线段的条数随之有哪些变化。由于颜色的调整是任意的，因此与条件中染色的任意性就一致了。解：如果中间的1996个点全部染成红色，这时异色线段仅有1条，是一个奇数。将任意一个红点染成蓝色时，这个改变颜色的点的左右两侧相邻的两个点若同色，则异色小线段的条数或者增加2条（相邻的两个点同为红色），或者减少2条（相邻的两个点同为蓝色）；这个改变颜色的点的左右两侧相邻的两个点若异色，则异色小线段的条数不变。综上所述，改变任意个点的颜色，异色线段的条数的改变总是一个偶数，从而异色线段的条数是一个奇数。3．分析：这个问题与上一讲练习中的第8题非常相似，只不过本例是报1的离开报2的留下，而上讲练习中相当于报1的留下报2的离开，由上讲练习的结果可以推出本例的答案。本例中编号为1的学生离开后还剩999人，此时，如果原来报2的全部改报1并留下，原来报1的全部改报2并离开，那么，问题就与上讲练习第8题完全一样了。因为剩下999人时，第1人是2号，所以最后剩下的人的号码应比上讲练习中的大1，是