Croatian Mathematical Olympiad 2022

Ako je $a_1, a_2, \ldots, a_{2000}$ niz od $2000$ pozitivnih realnih brojeva, za koliko najviše indeksa $i \in \{1, 2, \ldots, 2000\}$ može vrijediti jednakost

$$a_i a_{i+3} = a_i a_{i+1} + a_{i+1} a_{i+2} + a_{i+2} a_{i+3}?$$

Smatramo da je $a_{j+2000} = a_j$ za $j \in \{1, 2, 3\}$.

Neka je $n \geqslant 3$ prirodan broj. Za prirodan broj $m \geqslant n + 1$ kažemo da je $n$-obojiv ako je $m$ kamenčića postavljenih na kružnici moguće obojati u $n$ boja tako da se među bilo kojih $n + 1$ uzastopnih kamenčića pojavljuje svih $n$ boja.

Dokaži da postoji konačno mnogo prirodnih brojeva $m \geqslant n + 1$ koji nisu $n$-obojivi i odredi najveći od njih.

Neka je $ABC$ šiljastokutan trokut u kojem je $|AB| < |AC|$ te neka je kružnica $k$ sa središtem $O$ njegova opisana kružnica. Neka su $P$ i $Q$ točke redom na stranicama $\overline{BC}$ i $\overline{AB}$ takve da je $AQPO$ paralelogram. Neka su $K$ i $L$ sjecišta simetrale dužine $\overline{OP}$ s kružnicom $k$, pri čemu je $K$ na kraćem luku $\widehat{AB}$. Neka je $M$ drugo sjecište pravca $KQ$ i kružnice $k$. Dokaži da točka $A$ pripada simetrali kuta $\measuredangle QLM$.

Odredi sve prirodne brojeve $n$ za koje pstoji permutacija $(d_1, d_2, \ldots, d_k)$ skupa svih pozitivnih djelitelja od $n$ takva da je, za svaki $i \in \{1,2,\ldots,k\}$, broj $$d_1 + d_2 + \ldots + d_i$$ kvadrat prirodnog broja.

Dokaži da za sve realne brojeve $x_1, x_2, \ldots, x_{100}$ vrijedi nejednakost

$$\sum_{1 \leqslant i < j \leqslant 100} \frac{(x_j - x_i)^2}{j^2 - i^2} \geqslant \frac{1}{101} \sum_{1 \leqslant i \leqslant 50} (x_{101-i} - x_i)^2.$$

Dokaži da za svaki prirodan broj $n > 10^6$ postoji višekratnik broja $n$ koji nije veći od $n^4$, čiji zapis u dekadskom brojevnom sustavu koristi najviše 4 različite znamenke.

U trokutu $ABC$ vrijedi $|AB| \neq |AC|$ i upisana kružnica dira stranice $\overline{BC}$, $\overline{AC}$ i $\overline{AB}$ redom u točkama $D$, $E$ i $F$. Okomica iz točke $D$ na pravac $EF$ sijeće stranicu $\overline{AB}$ u točki $G$, a kružnice opisane trokutima $AEF$ i $ABC$ se sijeku u točkama $A$ i $T$.

Dokaži da su pravci $TG$ i $TF$ okomiti.

Neka je $a_1, a_2, a_3, \ldots$ beskonačan niz brojeva iz skupa $\{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8\}$ takav da za svaki par prirodnih brojeva $(m, n)$ vrijedi:

uvjeti $a_n | n$ i $a_m | m$ ispunjeni su ako i samo ako je $a_{m+n} = a_m + a_n - 1$.

Odredi sve vrijednosti koje može poprimiti $a_{5555}$.

Neka je $\mathbb{R}^+$ skup svih pozitivnih, a $\mathbb{R}_0^+$ skup svih nenegativnih realnih brojeva.

Odredi sve funkcije $f: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}_0^+$ takve da za sve pozitivne realne brojeve $x$ i $y$ vrijedi

$$f(x) - f(x + y) = f(x^2 f(y) + x).$$

Neka je $n$ prirodan broj. U grupi od $n$ ljudi, neki među njima su prijatelji, a neki nisu. Prijateljstva su uzajamna.

Grupa je posjetila vidovnjaka. Svaka od $n$ osoba rekla je vidovnjaku koliko ima prijatelja u grupi. Vidovnjak je nakon toga rekao da za svaki par osoba iz grupe može sa sigurnošću odrediti jesu li prijatelji ili ne.

Ako je vidovnjak rekao istinu, dokaži da u grupi ili postoji osoba koja je prijatelj sa svima ostalima, ili postoji osoba koja nije prijatelj ni s kim.

Neka je $ABC$ raznostraničan šiljastokutan trokut. Točka $N$ je polovište duljeg luka $\widehat{BC}$ kružnice opisane trokutu $ABC$. Neka je $k$ kružnica promjera $\overline{BC}$.

Simetrala kuta $\measuredangle BAC$ siječe kružnicu $k$ u točkama $D$ i $E$, a $D_1$ i $E_1$ su točke takve da su $\overline{DD_1}$ i $\overline{EE_1}$ promjeri kružnice $k$.

Dokaži da polovište dužine $\overline{BC}$ pripada kružnici opisanoj trokutu $NE_1D_1$.

Označimo s $\tau(k)$ broj pozitivnih djelitelja prirodnog broja $k$, a s $\varphi(k)$ broj prirodnih brojeva koji nisu veći od $k$, a relativno su prosti s $k$. Za prirodan broj $m$ kažemo da je lijep ako postoji prirodan broj $n$ takav da vrijedi

$$\frac{\tau(m)}{m} = \frac{\varphi(n)}{n}.$$

Postoji li beskonačno mnogo lijepih brojeva?

Neka je $\mathbb{Q}_0^+$ skup svih nenegativnih racionalnih brojeva.

Odredi sve funkcije $f: \mathbb{Q}_0^+ \to \mathbb{Q}_0^+$ takve da za sve nenegativne racionalne brojeve $x$, $y$ vrijedi

$$yf(x + y) + (y - 1)f(xy) = f(y^2)f(x + 1).$$

Neka je $n$ prirodan broj. U selu živi $2n$ ljudi. Neki među njima su su prijatelji, a prijateljstva su uzajamna. Savršeno sparivanje je podjela stanovnika sela na $n$ parova tako da su u svakom paru dvije osobe koje su prijatelji.

Pretpostavimo da u selu postoji točno jedno savršeno sparivanje. Koji je najveći mogući broj prijateljstava u selu?

Neka je $ABCD$ paralelogram takav da je $|AC| = |BC|$. Neka je $P$ točka na pravcu $AB$ takva da $B$ leži između $A$ i $P$. Opisana kružnica trokuta $ACD$ siječe dužinu $\overline{PD}$ u točki $Q$, $Q \neq D$. Opisana kružnica trokuta $APQ$ siječe dužinu $\overline{PC}$ u točki $R$, $R \neq P$.

Dokaži da se pravci $CD$, $AQ$ i $BR$ sijeku u jednoj točki.

Odredi sve trojke prirodnih brojeva $(p, m, n)$ takve da je $p$ prost, $m < n$, sa svojstvom da postoje prirodni brojevi $a$, $b$, $c$, $d$ koji nisu djeljivi s $p$ takvi da vrijedi

$$\begin{aligned} ab + cd &= p^m, \\ ac + bd &= p^n. \end{aligned}$$