Croatian Mathematical Olympiad 2010

Postoji li funkcija $f : \mathbb{N} \to \mathbb{N}$ za koju vrijedi

$$f(f(n)) = f(n + 1) - f(n)$$

za svaki $n \in \mathbb{N}$?

Dan je pravokutni trokut i konačan skup točaka u njemu. Dokaži da se ove točke mogu povezati izlomljenom linijom (ne nužno zatvorenom) tako da je suma kvadrata duljina segmenata izlomljene linije manja ili jednaka kvadratu duljine hipotenuze danog trokuta.

Neka je $D$ točka na stranici $\overline{AC}$ trokuta $ABC$. Neka su $E$ i $F$ točke na dužinama $\overline{BD}$ i $\overline{BC}$ redom, takve da je $\measuredangle BAE = \measuredangle CAF$. Neka su $P$ i $Q$ točke na dužinama $\overline{BC}$ i $\overline{BD}$ redom, takve da je $EP \parallel CD$ i $FQ \parallel CD$. Dokaži da je $\measuredangle BAP = \measuredangle CAQ$.

Za dani prirodni broj $n$ neka je $a$ najveći prirodni broj za koji je broj $5^n - 3^n$ djeljiv s $2^a$, te neka je $b$ najveći prirodni broj takav da je $2^b \leqslant n$. Dokaži da je $a \leqslant b + 3$.

Neka je $n \geqslant 4$ prirodni broj i neka su $x_1, x_2, \ldots, x_n$ realni brojevi takvi da je

$$x_1 + x_2 + \cdots + x_n \geqslant n \quad \text{i} \quad x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_n^2 \geqslant n^2.$$

Dokaži da postoji $i \in \{1, 2, \ldots, n\}$ takav da je $x_i \geqslant 2$.

U svakom vrhu pravilnog $n$-terokuta $A_1A_2\ldots A_n$ nalazi se određeni broj novčića: u vrhu $A_k$ nalazi se točno $k$ novčića, za svaki $k = 1, 2, \ldots, n$. U svakom koraku radimo sljedeću transformaciju: odabiremo dva novčića (ne nužno iz istog vrha) i prebacujemo svakog od njih u susjedni vrh, tako da jednog pomičemo u smjeru kretanja kazaljke na satu, a drugog u smjeru suprotnom od smjera kretanja kazaljke na satu.

Odredi za koje brojeve $n$ je moguće postići da nakon konačnog broja koraka za svaki $k = 1, 2, \ldots, n$ u vrhu $A_k$ bude točno $n + 1 - k$ novčića.

Zadan je šiljastokutni trokut $ABC$. Neka su točke $B'$ i $C'$ simetrične točkama $B$ i $C$ u odnosu na pravce $AC$ i $AB$ redom. Ako se kružnice opisane trokutima $ABB'$ i $ACC'$ sijeku još u točki $P$, dokaži da pravac $AP$ prolazi središtem opisane kružnice trokuta $ABC$.

Dokaži da ne postoji beskonačni niz prostih brojeva $p_0, p_1, p_2, \ldots$ takav da za svaki prirodni broj $k$ vrijedi

$$p_k = 2p_{k-1} + 1 \quad \text{ili} \quad p_k = 2p_{k-1} - 1.$$

Odredi najmanji realni broj $D$ takav da nejednakost

$$\frac{a + b}{a + 2b} + \frac{b + c}{b + 2c} + \frac{c + a}{c + 2a} < D$$

vrijedi za sve pozitivne realne brojeve $a$, $b$ i $c$.

Neka polja pravokutne ploče $n \times m$ ($n, m \geqslant 2$) obojana su crnom bojom, dok su ostala polja bijela. Izvan ploče nalazi se žaba koja u jednom trenutku skoči na neko rubno polje ploče, a zatim radi niz skokova, skačući svaki put na neko od susjednih polja. (Za dva polja kažemo da su susjedna ako imaju zajedničku stranicu.) Svaki put kad žaba doskoči na neko polje, boja tog polja se mijenja, iz bijele u crnu ili obratno.

Postoji li put kojim žaba može proći i napustiti ploču skočivši s rubnog polja tako da nakon toga sva polja budu crne boje?

Neka je $ABC$ trokut u kojem je $|AB| < |CA| < |BC|$ i neka su $D$ i $E$ redom točke na polupravcima $BA$ i $BC$ takve da je $|BD| = |BE| = |AC|$. Opisana kružnica trokuta $BDE$ siječe dužinu $\overline{AC}$ u točki $P$, a pravac $BP$ siječe kružnicu opisanu trokutu $ABC$ u točki $Q$ ($Q \neq B$). Dokaži da je $|AQ| + |QC| = |BP|$.

Neka je $n > 1$ prirodni broj. Dokaži da jednadžba

$$(x + 1)^n - x^n = ny$$

nema rješenja u skupu prirodnih brojeva.

Neka su $a$, $b$ i $c$ pozitivni realni brojevi takvi da je $a + b + c = 3$. Dokaži da je

$$\frac{a^4}{b^2 + c} + \frac{b^4}{c^2 + a} + \frac{c^4}{a^2 + b} \geqslant \frac{3}{2}.$$

Na svakom polju ploče $n \times n$ ($n \geqslant 2$) nalazi se žarulja koja može biti upaljena ili ugašena.

U svakom koraku biramo jedan kvadrat $2 \times 2$ na toj ploči i unutar njega sve upaljene žarulje ugasimo, a ugašene upalimo. Za raspored upaljenih žarulja kažemo da je dobar ako se može postići da, počevši od njega, nakon konačno mnogo koraka, sve žarulje budu ugašene.

a) Dokaži da raspored prikazan na slici nije dobar. (Prikazan je položaj svih upaljenih žarulja na ploči $10 \times 10$.)

b) Koliko bi, u tom primjeru, minimalno dodatnih žarulja na početku trebalo upaliti da raspored bude dobar?

c) Odredi broj svih mogućih dobrih početnih rasporeda za $n \times n$ ploču.

Unutar trokuta $ABC$ dana je točka $P$ takva da je

$$\measuredangle ABP = \measuredangle PCA = \frac{1}{3} (\measuredangle ABC + \measuredangle BCA).$$

Dokaži da je $\frac{|AB|}{|AC| + |PB|} = \frac{|AC|}{|AB| + |PC|}$.

Dokaži da ne postoje prosti broj $p$ i prirodni brojevi $a$ i $n$ ($n \geqslant 2$) takvi da vrijedi

$$2^p + 3^p = a^n.$$