Cho \(n\) đường thẳng đôi một phân biệt, trong đó bất cứ hai đường thẳng nào cũng cắt nhau, không có ba đường thẳng nào cùng đi qua một điểm.

a) Cho \(n = 10\), tìm số giao điểm của các đường thẳng đó.

b) Số giao điểm của các đường thẳng đó có thể là 2024 được không? Vì sao?

Hướng dẫn giải:

a) Ta có: \(A = \frac{{12n}}{{3n + 3}} = \frac{{12n}}{{3\left( {n + 1} \right)}} = \frac{{4n}}{{n + 1}}.\)

Với \(n \in \mathbb{Z},\) để \(A\) là phân số thì \(n + 1 \ne 0,\) hay \(n \ne - 1.\)

Vậy với \(n \in \mathbb{Z}\) và \(n \ne - 1\) thì \(A\) là phân số.

b) Ta có: \(A = \frac{{12n}}{{3n + 3}} = \frac{{12n}}{{3\left( {n + 1} \right)}} = \frac{{4n}}{{n + 1}} = 4 - \frac{4}{{n + 1}}.\)

Với \(n \in \mathbb{Z},\) để \(A\) là số nguyên thì \(n + 1 \in \)Ư\(\left( 4 \right) = \left\{ {1;\,\, - 1;\,\,2;\,\, - 2;\,\,4;\,\, - 4} \right\}\)

Ta có bảng sau:

Vậy \(n \in \left\{ {0;\,\,\, - 2;\,\,\,1;\,\,\, - 3;\,\,\,3;\,\,\, - 5} \right\}.\)

c) Ta có: \(A = \frac{{12n}}{{3n + 3}} = \frac{{12n}}{{3\left( {n + 1} \right)}} = \frac{{4n}}{{n + 1}}\)

Với mọi số tự nhiên \(n\) ta có \(4n \ge 0;\) \(n + 1 > 0\) nên \(A = \frac{{4n}}{{n + 1}} \ge 0\)

Dấu xảy ra khi và chỉ khi \(n = 0\) (thỏa mãn).

Vậy với \(n = 0\) thì \(A\) đạt giá trị nhỏ nhất là \(0\).

Hướng dẫn giải:

a) Với \(n \ne 1,\) ta có \(\frac{{n + 13}}{{n - 1}} = \frac{{n - 1 + 14}}{{n - 1}} = 1 + \frac{{14}}{{n - 1}}.\)

Với \(n \in \mathbb{Z},\) để \[\frac{{n + 13}}{{n - 1}}\] tối giản thì \[\frac{{14}}{{n - 1}}\] phải là tối giản, tức là \[14\] và \(n - 1\) là hai số nguyên tố cùng nhau.

Ngoài các ước là \[1\] và \[14,\] thì \[14\] còn có các ước \[2;\,\,7.\]

Do đó để \(\left( {14,n - 1} \right) = 1\) thì \(n - 1\) không chia hết cho \[2\] và \(n - 1\) không chia hết cho \[7.\]

Tức là \(n - 1 \ne 2k\) (với \(k \in \mathbb{Z})\) và \(n - 1 \ne 7q\) (với \(q \in \mathbb{Z})\)

Vậy với \(n \ne 2k + 1\) và \(n \ne 7q + 1\) \[\left( {k,\,q \in \mathbb{Z}} \right)\] thì \(\frac{{n + 13}}{{n - 1}}\) là phân số tối giản.

b) Giả sử \(d\) là ước chung nguyên tố của \[\left( {18n + 3} \right)\] và \[\left( {21n + 7} \right).\]

Suy ra \(\left\{ \begin{array}{l}\left( {18n + 3} \right) \vdots d\\\left( {21n + 7} \right) \vdots d\end{array} \right.\) nên \(\left\{ \begin{array}{l}7 \cdot \left( {18n + 3} \right) \vdots d\\6 \cdot \left( {21n + 7} \right) \vdots d\end{array} \right.\) hay \(\left\{ \begin{array}{l}\left( {126n + 21} \right) \vdots d\\\left( {126n + 42} \right) \vdots d\end{array} \right.\)

Do đó \(\left( {126n + 42 - 126n - 21} \right) \vdots d\) hay \(21 \vdots d\) nên \(d \in \left\{ {3;7} \right\}.\)

⦁ Với \(d = 3\) ta có \(\left( {21n + 7} \right) \vdots 3\) nên \(7 \vdots 3\) (điều này là vô lí).

⦁ Với \[d = 7\] ta có \[\left( {18n + 3} \right) \vdots 7\] nên \[\left( {18n + 3n - 3n + 3} \right) \vdots 7\] hay \[\left( {21n - 3n + 3} \right) \vdots 7\]

Tức là \[\left( {3 - 3n} \right) \vdots 7\] hay \[3\left( {n - 1} \right) \vdots 7\] nên \(\left( {n - 1} \right) \vdots 7\)

Khi đó \[n - 1 = 7k\] \[\left( {k \in \mathbb{Z},\,\,k \ne 0} \right)\] hay \[n = 7k + 1\] \[\left( {k \in \mathbb{Z},\,\,k \ne 0} \right)\]

Vậy phân số \(\frac{{18n + 3}}{{21n + 7}}\) là tối giản khi \(d \ne 7\) hay \[n \ne 7k + 1\] \[\left( {k \in \mathbb{Z},\,\,k \ne 0} \right).\]