Croatian Mathematical Olympiad 2019

Direktori dviju tvrtki nalaze se u točkama udaljenim $1000$ kilometara. U $n$ točaka na dužini između njih nalazi se po jedan matematičar. Svake sekunde u istom trenutku, svi matematičari se premještaju – svaki ide na polovište dužine koja spaja njega i njemu najbližu osobu (matematičara ili direktora). Ako takva osoba nije jedinstvena, po volji bira jednu od njih. Ako na taj način dva matematičara dođu u istu točku, mlađi od njih zauvijek odlazi.

Dokaži da će se, nakon konačno mnogo sekundi, svaki od preostalih matematičara moći rukovati s jednim od direktora. Matematičar se može rukovati s direktorom ako je od njega udaljen za najviše $1$ metar.

Kriptogramom prirodnog broja $n$ zovemo uređenu $n$-torku $a = (a_1, a_2, \ldots, a_n)$ brojeva iz $\mathbb{N}_0$ takvu da vrijedi $$a_1 + 2a_2 + \cdots + na_n = n.$$

Neka je $\mathcal{K}_n$ skup svih kriptograma broja $n$. Za $a \in \mathcal{K}_n$ označimo sa $J(a)$ broj pojavljivanja broja $1$ u kriptogramu $a$. Dokaži da vrijedi $$\sum_{a \in \mathcal{K}_n} J(a) = \sum_{a \in \mathcal{K}_{n+1}} a_2.$$

Dan je jednakokračan trokut $ABC$ takav da je $|AB| = |AC|$. Neka je $M$ polovište stranice $\overline{BC}$ te neka je $P$ točka različita od $A$ takva da je $PA \parallel BC$. Točke $X$ i $Y$ nalaze se redom na polupravcima $PB$ i $PC$, tako da je točka $B$ između $P$ i $X$, točka $C$ između $P$ i $Y$ te vrijedi $\measuredangle PXM = \measuredangle PYM$. Dokaži da su točke $A$, $P$, $X$ i $Y$ konciklične.

Odredi sve prirodne brojeve $n$ takve da je $$\frac{n^{3n-2} - 3n + 1}{3n - 2}$$ cijeli broj.

Neka su $a$, $b$ i $c$ pozitivni realni brojevi. Dokaži da vrijedi $$\frac{\sqrt{a + b + c} + \sqrt{a}}{b + c} + \frac{\sqrt{a + b + c} + \sqrt{b}}{c + a} + \frac{\sqrt{a + b + c} + \sqrt{c}}{a + b} \geq \frac{9 + 3\sqrt{3}}{2\sqrt{a + b + c}}.$$

Prerez konačnog skupa točaka u ravnini je podjela tog skupa na disjunktne podskupove $A$ i $B$, za koju postoji pravac koji ne prolazi niti jednom točkom promatranog skupa, takav da su sve točke skupa $A$ s jedne strane, a sve točke skupa $B$ s druge strane tog pravca. Odredi najveći mogući broj prereza skupa od $n$ točaka u ravnini.

Na stranici $\overline{AB}$ tetivnog četverokuta $ABCD$ postoji točka $X$ sa svojstvom da dijagonala $\overline{BD}$ raspolavlja dužinu $\overline{CX}$, a dijagonala $\overline{AC}$ raspolavlja dužinu $\overline{DX}$.

Koliki je najmanji mogući omjer $|AB| : |CD|$ u takvom četverokutu?

Neka je $f: \mathbb{N} \to \mathbb{N}$ multiplikativna funkcija takva da je $f(4) = 4$ i vrijedi $$f(m^2 + n^2) = f(m^2) + f(n^2) \quad \text{za sve } m, n \in \mathbb{N}.$$

Dokaži da je $f(m^2) = m^2$ za sve $m \in \mathbb{N}$.

Za funkciju $f$ kažemo da je multiplikativna ako za svaki izbor relativno prostih prirodnih brojeva $m$ i $n$ vrijedi $f(mn) = f(m)f(n)$.

Odredi sve funkcije $f: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}$ takve da vrijedi $$\left(x + \frac{1}{x}\right) f(y) = f(xy) + f\left(\frac{y}{x}\right), \quad \text{za sve } x, y \in \mathbb{R}^+.$$

($\mathbb{R}^+$ je oznaka za skup svih pozitivnih realnih brojeva.)

Na ploči su zapisana dva prirodna broja. Dva igrača igraju igru naizmjence odigravajući poteze kojima mijenjaju brojeve na ploči.

Ako su na ploči u nekom trenutku brojevi $A$ i $B$ ($A \geq B$), igrač koji je na potezu odabire prirodni broj $k$ takav da je $A - kB \geq 0$, briše broj $A$ te umjesto njega zapisuje broj $A - kB$. Pobjeduje igrač koji na ploču napiše broj $0$.

Za koje sve vrijednosti omjera početna dva broja na ploči prvi igrač može pobijediti neovisno o igri drugog igrača?

Neka je $T$ točka unutar šiljastokutnog trokuta $ABC$ i neka su $A_1$, $B_1$ i $C_1$ točke osnosimetrične točki $T$ u odnosu na pravce $BC$, $CA$ i $AB$, redom. Pravci $A_1T$, $B_1T$ i $C_1T$ sijeku kružnicu $k$ opisanu trokutu $A_1B_1C_1$ ponovno u točkama $A_2$, $B_2$ i $C_2$, redom.

Dokaži da se pravci $AA_2$, $BB_2$, $CC_2$ sijeku u jednoj točki koja leži na kružnici $k$.

Dani su prirodan broj $m$ i prost broj $p$ takvi da je $p > m$. Dokaži da broj prirodnih brojeva $n$ za koje je $$m^2 + n^2 + p^2 - 2mn - 2mp - 2np$$ kvadrat nekog prirodnog broja ne ovisi o broju $p$.

Odredi sve funkcije $f: \mathbb{Q}^+ \to \mathbb{Q}^+$ takve da vrijedi $$f(x^2 (f(y))^2) = (f(x))^2 f(y), \quad \text{za sve } x, y \in \mathbb{Q}^+.$$

($\mathbb{Q}^+$ je oznaka za skup svih pozitivnih racionalnih brojeva.)

Je li moguće ploču dimenzija $1000 \times 1000$ prekriti koristeći isključivo likove prikazane na slikama:

postavljene upravo na taj način? Likove nije dozvoljeno rotirati niti zrcaliti. Trebaju biti postavljeni tako da prekrivaju točno tri odnosno pet polja ploče i ne smiju se preklapati.

Dirališta upisane kružnice trokuta $ABC$ sa stranicama $\overline{AB}$ i $\overline{AC}$ su redom točke $D$ i $E$. Dirališta pripisane kružnice nasuprot vrha $A$ s pravcima $AB$ i $AC$ su redom točke $F$ i $G$.

Neka simetrale kutova $\measuredangle ABC$ i $\measuredangle ACB$ sijeku pravac $DE$ u točkama $X$ i $Y$ redom te neka vanjske simetrale kutova $\measuredangle ABC$ i $\measuredangle ACB$ sijeku pravac $FG$ u točkama $Z$ i $W$ redom.

Dokaži da je četverokut $XYZW$ tetivan.

Odredi sve brojeve $k \in \mathbb{N}$ takve da $$\frac{m + n}{m^2 - kmn + n^2}$$ nije složen prirodni broj ni za koji izbor $m, n \in \mathbb{N}$.