OIM 2002

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Problema 1

Los números enteros del $1$ al $2002$, ambos inclusive, se escriben en una pizarra en orden creciente $1, 2, \cdots , 2001, 2002$. Luego, se borran los que ocupan el primer lugar, cuarto lugar, séptimo lugar, etc., es decir, los que ocupan los lugares de la forma $3k + 1$. En la nueva lista se borran los números que están en los lugares de la forma $3k + 1$.
Se repite este proceso hasta que se borran todos los números de la lista. ¿Cuál fue el último número que se borró?

Problema 2

Dado cualquier conjunto de $9$ puntos en el plano de los cuales no hay tres colineales, demuestre que para cada punto $P$ del conjunto, el número de triángulos que tienen como vértices a tres de los ocho puntos restantes y a $P$ en su interior, es par.

Problema 3

Un punto $P$ es interior al triángulo equilátero $ABC$ y cumple que $\angle APC = 120^{\circ}$.
Sean $M$ la intersección de $CP$ con $AB$ y $N$ la intersección de $AP$ con $BC$. Hallar el lugar geométrico del circuncentro del triángulo $MBN$ al variar $P$.

Problema 4

En un triángulo escaleno $ABC$ se traza la bisectriz interior $BD$, con $D$ sobre $AC$.
Sean $E$ y $F$, respectivamente, los pies de las perpendiculares trazadas desde $A$ y $C$ hacia la recta $BD$, y sea $M$ el punto sobre el lado $BC$ tal que $DM$ es perpendicular a $BC$. Demuestre que $\angle EMD = \angle DMF$.

Problema 5

La sucesión de números reales $a_1, a_2, \cdots$ se define como: \[ a_1 = 56, a_{n+1} = a_n - \frac{1}{a_n} \] para cada entero $n \geq 1$.
Demuestre que existe un entero $k$, $1 \leq k \leq 2002$, tal que $a_k < 0$.

Problema 6

Un policía intenta capturar a un ladrón en un tablero de $2001 \times 2001$. Ellos juegan alternadamente. Cada jugador, en su turno, debe moverse una casilla en uno de los tres sentidos $\downarrow, \rightarrow, \nwarrow$.
Si el policía se encuentra en la casilla de la esquina inferior derecha, puede usar su jugada para pasar directamente a la casilla de la esquina superior izquierda (el ladrón no puede hacer esta jugada).
Inicialmente el policía está en la casilla central y el ladrón está en la casilla vecina diagonal superior derecha al policía. El policía comienza el juego. Demuestre que:
  1. El ladrón consigue moverse por lo menos $10000$ sin ser capturado.
  2. El policía posee una estrategia para capturar al ladrón.
Nota: El policía captura al ladrón cuando entra en la casilla en la que está el ladrón. Si el ladrón entra en la casilla del policía, no se produce captura.