Để giải quyết các bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng phần một cách chi tiết và cẩn thận. Dưới đây là các bước giải cho từng phần:
Phần 1: Giải phương trình $x_1 = x^2_2$
Phương trình này có dạng $x_1 = x^2_2$. Để giải phương trình này, chúng ta cần tìm các giá trị của $x_1$ và $x_2$ thỏa mãn điều kiện trên.
Giả sử $x_1 = x^2_2$, ta có:
- Nếu $x_2 = 0$, thì $x_1 = 0$.
- Nếu $x_2 = 1$, thì $x_1 = 1$.
- Nếu $x_2 = -1$, thì $x_1 = 1$.
Vậy các nghiệm của phương trình là $(x_1, x_2) = (0, 0)$, $(1, 1)$, $(1, -1)$.
Phần 2: Chứng minh tứ giác $ADEC$ nội tiếp
- Ta có $\Delta ABC$ là tam giác nhọn và $CD$ là đường cao hạ từ đỉnh $C$ xuống cạnh $AB$.
- $AM$ là đường kính của đường tròn ngoại tiếp $\Delta ABC$.
- $CE \perp AM$ tại $E$.
Do $AM$ là đường kính, nên $\angle AMC = 90^\circ$. Vì $CE \perp AM$, nên $\angle CEA = 90^\circ$. Do đó, tứ giác $ADEC$ có hai góc kề cạnh chung là góc vuông, tức là $\angle CEA = 90^\circ$ và $\angle CDA = 90^\circ$. Vậy tứ giác $ADEC$ nội tiếp.
Phần 3: Chứng minh $\widehat{ABH} = \widehat{DEA}$
- Trực tâm $H$ của $\Delta ABC$ là giao điểm của ba đường cao.
- $BH$ cắt $AC$ tại $R$.
Ta có $\angle ABH = 90^\circ - \angle BAH$ và $\angle DEA = 90^\circ - \angle EAD$. Vì $ADEC$ nội tiếp, nên $\angle EAD = \angle ECD$. Mà $\angle ECD = \angle BAH$ (góc nội tiếp cùng chắn cung $BD$). Do đó, $\angle ABH = \angle DEA$.
Phần 4: Tìm giá trị nhỏ nhất của $P = a + b + c + \frac{1}{a} + \frac{1}{b} + \frac{1}{c}$
- Ta có $a \geq 0$, $b \geq 100$, $c \geq 1000$.
Áp dụng bất đẳng thức Cauchy-Schwarz:
\[ a + \frac{1}{a} \geq 2 \]
\[ b + \frac{1}{b} \geq 2 \]
\[ c + \frac{1}{c} \geq 2 \]
Tổng cộng:
\[ P = a + b + c + \frac{1}{a} + \frac{1}{b} + \frac{1}{c} \geq 2 + 2 + 2 = 6 \]
Dấu bằng xảy ra khi $a = 1$, $b = 1$, $c = 1$. Tuy nhiên, do $b \geq 100$ và $c \geq 1000$, nên giá trị nhỏ nhất của $P$ là:
\[ P_{min} = 100 + 1000 + 1 + \frac{1}{100} + \frac{1}{1000} \approx 1101 \]
Phần 5: Tìm giá trị nhỏ nhất của $Q = 10a^2 + 10b^2 + x^2$
- Ta có $ab + bc + ca = 1$ và $abc > 0$.
Áp dụng bất đẳng thức AM-GM:
\[ 10a^2 + 10b^2 + x^2 \geq 3 \sqrt[3]{10a^2 \cdot 10b^2 \cdot x^2} = 3 \sqrt[3]{100a^2b^2x^2} \]
Vì $ab + bc + ca = 1$, ta có thể chọn $a = b = x = \frac{1}{\sqrt{3}}$. Thay vào ta có:
\[ Q = 10 \left( \frac{1}{\sqrt{3}} \right)^2 + 10 \left( \frac{1}{\sqrt{3}} \right)^2 + \left( \frac{1}{\sqrt{3}} \right)^2 = 10 \cdot \frac{1}{3} + 10 \cdot \frac{1}{3} + \frac{1}{3} = \frac{21}{3} = 7 \]
Vậy giá trị nhỏ nhất của $Q$ là 7.
Kết luận:
1. Các nghiệm của phương trình $x_1 = x^2_2$ là $(0, 0)$, $(1, 1)$, $(1, -1)$.
2. Tứ giác $ADEC$ nội tiếp.
3. $\widehat{ABH} = \widehat{DEA}$.
4. Giá trị nhỏ nhất của $P$ là khoảng 1101.
5. Giá trị nhỏ nhất của $Q$ là 7.