Câu II 1) Thi tuyển lớp 10 chuyên Đại học Khoa học Tự Nhiên (Hà Nội) năm 2025

 Đề:

Tìm tất cả các cặp số nguyên dương (x;y) thỏa mãn:

$25^y+(4^x+1)(4x^2+3x+3)=(4^x+4x^2+3x+4)5^y$

Bài giải:

$25^y+(4^x+1)(4x^2+3x+3)=(4^x+4x^2+3x+4)5^y$

$\Leftrightarrow (5^2)^y+(4^x+1)(4x^2+3x+3)-[(4^x+1)+(4x^2+3x+3)]5^y=0$

$\Leftrightarrow [(5^y)^2-(4^x+1)5^y]+[(4^x+1)(4x^2+3x+3)-(4x^2+3x+3)5^y]=0$

$\Leftrightarrow 5^y[5^y-(4^x+1)]+(4x^2+3x+3)[(4^x+1)-5^y]=0$

$\Leftrightarrow [5^y-(4^x+1)][5^y-(4x^2+3x+3)]=0$

$\Leftrightarrow \left\lbrack\begin{aligned} 5^y-(4^x+1)=0 (1)\\ 5^y-(4x^2+3x+3)=0 (2) \end{aligned}\right.$

• Xét phương trình (1): $(1) \Leftrightarrow 5^y = 4^x+1 (3)$
  Ta có: $4 \equiv 1 \pmod 3 \Rightarrow 4^x \equiv 1 \pmod 3  \Rightarrow 4^x+1 \equiv 2 \pmod 3$
  Suy ra y phải là số lẻ (vì nếu y là số chẵn thì $5^y \equiv 1 \pmod 3$)
  Đặt $y=2k+1, k=0,1,2,...$, thay vào (3), ta có:
  $5^{2k+1} = 4^x+1 \Leftrightarrow 5.25^k= 4^x+1$
  Vì $25 \equiv 1 \pmod 8 \Rightarrow 5.25^k \equiv 5 \pmod 8$ 
  Nếu $x \ge 2 \Rightarrow 4^x + 1 = 16.4^{x-2} + 1  \equiv 1 \pmod 8$ (vô lý)
  Vậy $x=1 \Rightarrow y=1$ 
• Xét phương trình (2):$(2) \Leftrightarrow 5^y = 4x^2+3x+3 (4)$
  Do $4x^2+3x+3 = x^2 + 3x^2+3x+3 \equiv x^2 \pmod 3 \Rightarrow 5^y \equiv x^2 \pmod 3$ 
  Mà số chính phương thì chia cho 3 dư 0 hoặc 1 suy ra y phải là số chẵn. Đặt $y=2k$
  $(4) \Leftrightarrow 5^{2k}= 4x^2+3x+3$
  $\Leftrightarrow (5^k)^2 = 4x^2+3x+3 $ 
  $\Rightarrow 4x^2+3x+3$ là số chính phương
  Mà $(2x)^2 < 4x^2+3x+3 < 4x^2+3x+3 + 5x+1 $
  $= (2x)^2+2.2x.2+2^2 = (2x+2)^2$
  Suy ra: $4x^2+3x+3 = (2x+1)^2$
  $\Leftrightarrow4x^2+3x+3=4x^2+4x+1$
  $\Leftrightarrow x=2 \Rightarrow y=2$

Vậy các cặp số nguyên dương (x;y) cần tìm là $(1;1),(2;2)$

Câu I 2) Thi tuyển lớp 10 chuyên Đại học Khoa học Tự Nhiên (Hà Nội) năm 2025

 Đề: 

Giải hệ phương trình:

$\left \lbrace \begin{aligned}&x+y+xy=3 \\&1+12(x+y)= 7y^3+6xy(y+3-xy)\end{aligned}\right.$

Bài giải:

Đánh số các phương trinh trong hệ: 

$\left \lbrace \begin{aligned}&x+y+xy=3 (1) \\&1+12(x+y)= 7y^3+6xy(y+3-xy) (2) \end{aligned}\right.$

Ta đi biến đổi phương trình (2) và sử dụng phương trình (1). Lưu ý hằng đẳng thức:

$(a+b)^3=a^3+3a^2b+3ab^2+b^3$

$(2)\Leftrightarrow (x^3+y^3)+1+12(x+y)= (x^3+y^3)+7y^3+6xy(y+3-xy) (3)$

$ \text{VP PT (3)} = 8y^3+6xy[y+(x+y-xy)-xy]+x^3$

$=(2y)^3+6xy(2y+x)+x^3$

$=(2y)^3+3.(2y)^2.x+3.(2y).x^2+x^3=(2y+x)^3$

$ \text{VT PT (3)} = [(x+y)^3-3x^2y-3xy^2]+[3(x+y)^2-3(x+y)^2]+$

$3(x+y)+9(x+y)+1=[(x+y)^3+3.(x+y)^2+3(x+y)+1]-$

$[3x^2y+3xy^2+3(x+y)^2-9(x+y)]$

$=(x+y+1)^3-3[xy(x+y)+(x+y)^2-3(x+y)]$

$=(x+y+1)^3-3(x+y)(xy+x+y-3)=(x+y+1)^3$

Vậy $(3)\Leftrightarrow (2y+x)^3=(x+y+1)^3$

$\Leftrightarrow 2y+x = x+y+1$

$\Leftrightarrow y = 1$

Thay vào (1) ta tìm được $x=1$

Vậy hệ phương trình đã cho có nghiệm là $(1;1)$