Re: Διαγωνισμός Αρχιμήδης 2011 - Των φρονίμων τα παιδιά...!
Δημοσιεύτηκε: Δευ Ιούλ 11, 2011 11:32 pm
socrates έγραψε:60.
Το άθροισμα των διαιρετών ενός θετικού ακεραίου, συμπεριλαμβανομένου και του
, ισούται με
Να δείξετε ότι οείναι τέλειο τετράγωνο περιττού.
Οι αριθμοί αυτοί λέγονται Quasiperfect και δεν είναι γνωστό αν υπάρχουν...
Έστω
και
οι πρώτοι που διαιρούν τον
, και
οι αντίστοιχοι εκθέτες των
στην παραγοντοποίηση του
σε πρώτους.Ισοδύναμα έχουμε:

και θέλουμε νδο
και
άρτιος για 
Αν κάποιος από τους
ήταν περιττός, τότε θα ήταν
που έιναι άτοπο αφού τότε το αριστερό μέλος της
θα ήταν άρτιος ενώ το δεξί περιττός.Μένει νδο
. Πράγματι η
ισοδύναμα γράφεται:
όταν
,και αν
και
τότε
και
που είναι άτοπο αφού από γνωστό θεώρημα (δείτε και τη λύση του Δημήτρη λίγο πιο πάνω) όλοι οι περιττοί διαιρέτες του
αφήνουν υπόλοιπο
με το 



. Αν
ή
, τότε
άτοπο. Επίσης, αν
, τότε
το οποίο δεν έχει λύσει. Πράγματι αν είχε τότε θα είχαμε
και άρα
για
. (Για
είναι απλός έλεγχος.) Άρα
. Αλλά τότε
. Αν
τότε θα είχαμε
και άρα
, άτοπο. Άρα πρέπει
και άρα
. Η εξίσωση έχει την προφανή λύση
. Ισχυρίζομαι ότι δεν έχει άλλα. Πράγματι αν είχε άλλη τότε θα είχαμε
. Όμως
και άρα πρέπει
ή
αλλιώς θα είχαμε
και άρα θα είχαμε
ή
. Όμως
για
, άτοπο. Επίσης για
δεν έχουμε λύση και άρα ο ισχυρισμός είναι ορθός.
, δηλαδή
. Αυτό όμως μπορεί να ισχύει μόνο αν
. Για
η εξίσωση είναι αδύνατη ενώ για
έχουμε
. Για
το αριστερό μέλος ισούται με
ενώ το δεξί με
αφού (για
. Για
λύση έχουμε μόνο αν
και άρα
. Επομένως οι μοναδικές λύσεις είναι οι
και
.
τέτοιες ώστε
και 
. Είναι εύκολο να ελέγξουμε ότι η
ικανοποιεί τις συνθήκες. Θα δείξουμε επαγωγικά ότι δεν υπάρχει άλλη τέτοια συνάρτηση.
ικανοποιεί
τότε ισχυρίζομαι ότι για κάθε
ισχύει ότι
και
.
, το
είναι δεδομένο ενώ το
έπεται από το
. Η περίπτωση
είναι ακριβώς η ίδια με την περίπτωση
. Υποθέτουμε ότι έχουμε αποδείξει την πρόταση για όλα τα
. Τότε
και
. Επομένως η πρόταση ισχύει και για
και άρα από την αρχή της μαθηματικής επαγωγής ισχύει για όλα τα
για κάποιο ακέραιο
και
ο αριθμός
είναι τέλειο τετράγωνο ακεραίου.







) βλέπουμε ότι η μόνη λύση που μας κάνει είναι η 
στην αρχική βρήσκουμε
η
, οπότε προκείπτει λύση.
με
η ακολουθία που ορίζεται ως
με
μπορώ να δείξω μέσω της Pell ότι το
πρέπει να είναι όρος της ακολουθίας. (Και αντιστρόφως για κάθε όρο
της ακολουθίας υπάρχει
ώστε
.)
είναι τέλειο τετράγωνο τότε
ή
. Με μερικές μικρές ισοτιμίες που έλεγξα δεν βλέπω κάτι. Το έγραψα μήπως μπορεί κάποιος να το συνεχίσει. Αν δοθεί λύση στο τελευταίο θα βάλω και την απόδειξη του πιο πάνω ισχυρισμού για να έχουμε και μια ολοκληρωμένη δεύτερη λύση.
, τότε 
το πλήθος και
το άθροισμα των διαιρετών του θετικού ακεραίου 

, πρέπει
και τότε ισχύει ισότητα.
:
δεν είναι τέλειο τετράγωνο ακεραίου, ο
είναι άρτιος:
οι διαιρέτες του
ισχύει 
![\displaystyle{\frac{\sigma (n)}{\tau (n)}=\frac{1}{\tau (n)}\sum_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}\geq \sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}}=\sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)/2}{d_{i}d_{\tau (n)-i}}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)}{2}}}=\sqrt{n}} \displaystyle{\frac{\sigma (n)}{\tau (n)}=\frac{1}{\tau (n)}\sum_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}\geq \sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}}=\sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)/2}{d_{i}d_{\tau (n)-i}}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)}{2}}}=\sqrt{n}}](/forum/ext/geomar/texintegr/latexrender/pictures/38d58d78349ab4c0666a174c562ca12f.png)
, ακολουθούμε τον ίδιο τρόπο, δηλαδή από AM-GM:![\displaystyle{\frac{\sigma (n)}{\tau (n)}=\frac{1}{\tau (n)}\sum_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}\geq \sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)-1}{2}}d_j}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)-1}{2}}n^{\frac{1}{2}}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)}{2}}}=\sqrt{n}} \displaystyle{\frac{\sigma (n)}{\tau (n)}=\frac{1}{\tau (n)}\sum_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}\geq \sqrt[\tau (n)]{\prod_{i=0}^{\tau (n)}{d_i}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)-1}{2}}d_j}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)-1}{2}}n^{\frac{1}{2}}}=\sqrt[\tau (n)]{n^{\frac{\tau (n)}{2}}}=\sqrt{n}}](/forum/ext/geomar/texintegr/latexrender/pictures/c57edceb8ca5c9650384ca7ddfeb81f7.png)
:
.
:
.
ή ο ένας ίσος με
, τότε το άθροισμα είναι μεγαλύτερο.

.
.
μπορεί να αποδειχτεί η ισχυρότερη:
, που ισχύει αφού
. Άρα όμοια με παραπάνω έχουμε:
και συνεχίζουμε όμοια με την περίπτωση που ο
τέτοια ώστε ο αριθμός
να είναι ακέραιος.
, ώστε να ισχύει:
.
.
. Άρα από την παραπάνω ισότητα έχουμε
και αφού
, τελικά παίρνουμε
.
θα έχει την μορφή
για κάποιο
.
, παίρνουμε
. Άρα:
που είναι άτοπο, αφού το ένα μέλος είναι ρητός ενώ το άλλο άρρητος. Άρα
.
.
ισχύει:

πρέπει να είναι τέλειο τετράγωνο ακεραίου.
:
.
, αφού είναι ισοδύναμη με την
(αφού
).
, άρα για
δεν είναι τέλειο τετράγωνο, αφού βρίσκεται ανάμεσα σε τέλεια τετράγωνα διαδοχικών ακεραίων.
, για την οποία
.
. Αφού
, δεκτή είναι μόνο η λύση
.
είναι ακέραιος, αρκεί να ισχύει
δείξτε ότι ο αριθμός
έχει πρώτο διαιρέτη μεγαλύτερο του 20.
, όπου
πρώτος, τότε το
είναι τέλειο τετράγωνο
και άρα (αφού ο
.
που είναι μικρότεροι του 20 είναι οι 5,13 και 17.
τότε πρέπει ο
ή
τότε πρέπει ο 



.
. Για τις (α) και (γ) αν δουλέψουμε
πρέπει να είναι περιττός ενώ αν δουλέψουμε
βρίσκουμε ότι ο
, έστω
με
περιττό. (Επειδή
.) Τότε
. Από το lifting the exponent, πρέπει
και
. Αλλά τότε
, άτοπο. Στην τελευταία ανισότητα χρησιμοποιήσαμε ότι
το οποίο ισχύει (εύκολα με επαγωγή) για
.
μια πράξη που ικανοποιεί τα ακόλουθα αξιώματα:


να βρείτε το
και, αν θέλετε, την 
ομάδες. Κάθε ομάδα έπαιξε με κάθε άλλη ακριβώς μία φορά.



,κοιτάζουμε για τον επόμενο








, έγιναν συνολικά 28 αγώνες και άρα υπάρχει κάποιος, έστω ο Α με τουλάχιστον 4 νίκες. Παίρνουμε 4 οποιαδήποτε άτομα που ηττήθηκαν από τον Α. Μεταξύ τους έγιναν 6 αγώνες, άρα τουλάχιστον ένας από αυτούς, έστω ο Β έκανε τουλάχιστον δύο νίκες. Αν οι Γ,Δ ηττήθηκαν και από τον Α και από τον Β, τότε στην τετράδα Α,Β,Γ,Δ έχουν όλοι διαφορετικούς βαθμούς (στα μεταξύ τους παιγνίδια.)
αν συμβολίζουμε με 1,2,3,4,5,6,7 τις ομάδες, έχουμε την εξής κατασκεύη
να κερδίζει τον
και ο
έτσι ώστε 
για τους οποίους 
πρώτος;
και προκύπτει

είναι
και η προς απόδειξη γράφεται σε ομογενή μορφή ως
.
η οποία ισχύει από την ανισότητα ΑΜ-ΓΜ.
. Βλέπουμε τώρα ότι η ευθεία
έχει την ζητούμενη ιδιότητα.
στο επίπεδο ώστε κάθε δυο από τα δοσμένα σημεία να έχουν διαφορετική απόσταση από αυτό. Αυτό είναι δυνατό αφού το σύνολο των σημείων που ισαπέχουν από δύο από τα δοσμένα σημεία είναι ένωση πεπερασμένου αριθμού ευθειών (των μεσοκαθέτων των ευθυγράμμων τμημάτων που ενώνουν τα σημεία) και άρα δεν μπορούν να καλύπτουν όλο το επίπεδο. (*) Υποθέτουμε τώρα ότι τα σημεία έχουν αποστάσεις
από το
έχει την ζητούμενη ιδιότητα.
διαιρεί το
διαιρεί το
. Και πράγματι το
όσο και το
άρα και την διαφορά τους που είναι το ζητούμενο.
για
, ο αριθμός
ο αριθμός είναι όντως πρώτος.
ο αριθμός δεν είναι πρώτος ενώ για
ο αριθμός είναι σε απόλυτη τιμή μεγαλύτερος του
άρα και πάλι δεν είναι πρώτος ακόμη και αν θεωρήσουμε τους αρνητικούς πρώτους σαν πρώτους.]
το πλήθος. Θεωρούμε ένα τυχαίο κύκλο. Είναι γνωστό ότι κύκλος και ευθεία έχουν το πολύ 2 κοινά σημεία. Άρα ο κύκλος έχει με τις ευθείες το πολύ
κοινά σημεία. Άρα οι ευθείες δεν καλύπτουν το επίπεδο αφού ο κύκλος έχει άπειρα σημεία.
και οι πραγματικοί αριθμοί
για τους οποίους
και
