Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела спбгу
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#70479

При каких n  клетчатую доску n ×n  можно разбить по клеточкам на один квадрат 2× 2  и некоторое количество полосок из пяти клеток так, что квадрат будет примыкать к стороне доски?

Источники: СПБГУ-22, 11.5 (см. olympiada.spbu.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Если так вышло, что мы смогли разрезать на квадрат 2*2 и полоски из 5 клеток, то что можно сказать про n? А если рассмотреть его по модулю 5? Тут неопытный читатель может спросить, почему именно 5? Это связано с тем, что мы как бы от нашего квадрата отрезаем полоски длины 5, значит, вычитаем каждый раз 5, и еще 5, и т.д. Значит, остаток mod 5 инвариантен. Поэтому именно по этому модулю надо рассматривать n.

Подсказка 2

Верно, что n² = 2² (mod 5), так как кол - во клеток с одной стороны это n² , с другой стороны - это сумма клеток квадрата и полосок по 5. Значит, либо n = 5k - 3, либо n = 5k + 3. Если верно последнее, то нужно еще проверить, что квадрат 2*2 примыкает к границе. Теперь, попробуйте как-то зафиксировать квадрат, то есть быть может как-то раскрасить и/или заполнить числами таблицу, чтобы числа в квадрате(цвета) были фиксированы. Иными словами, почему мы хотим так делать? Потому что у нас нет явного параметра, который сказал бы, что квадрат примыкает к таблице и мы хотим такой сделать. Что - то типа аналога координат.

Подсказка 3

Действительно, заполним первую строку единицами, вторую - двойками и т.д. Теперь нам надо посчитать по модулю 5 с двух сторон сумму чисел в таблице. Попробуйте это сделать и прийти к противоречию.

Подсказка 4

С одной стороны, так как сумма 5 подряд идущих строк кратна 5(просто потому что у нас в каждом столбце будут все остатки mod 5, а значит их сумма будет кратна 5, и таких столбцов n), а значит останутся только 3 первые строки, а сумма чисел в остальной таблице будет кратна 5. Значит, с одной стороны сумма чисел в таблице по модулю 5 - это n + 2n + 3n = n = 3 (mod 5). C другой стороны, если мы разрезаем на полоски длины 5 и квадрат, сумма в котором 1 + 1 + 2 + 2(так как он находится в первых двух строках. Ровно для этого мы и расставляли числа, чтобы зафиксировать наш квадрат где нужно) и равна 1 по модулю 5. Значит, пришли к противоречию, так как одинаковая величина имеет разный остаток при делении на 5. Значит, случай с n = 3 (mod 5) неразрешим. Остался n = 2 (mod 5). Тут уже вряд ли тоже ответ «нет», так как тогда вообще таких квадратов не бывает, но кажется такой квадрат можно подобрать, как минимум n = 2. Попробуйте для общего вида n = 2 (mod 5) привести пример.

Подсказка 5

Да, мы можем просто поставить квадрат 2*2 в левый верхний угол. Тогда, у нас оставшиеся две части первых двух строк и первых двух столбцов, по длине будут делиться на 5, а значит мы их можем разделить на полоски по 5. А с оставшейся частью таблицы что делать?

Показать ответ и решение

Если доску n× n  удалось разрезать на один квадрат 2 ×2  и некоторое количество полосок из пяти клеток, то n2 =22+ 5m  , откуда n  дает остаток 2 или 3 от деления на 5. Предположим, что n = 5k +3  и доску удалось разрезать требуемым образом. Развернем ее так, чтобы квадрат примыкал к верхней стороне доски. Запишем в клетках верхней строки единицы, в клетках следующей за ней строки — двойки, и так далее. Заметим, что сумма чисел в пяти последовательных строках кратна 5, поскольку

                                         .
ni+ n(i+ 1)+n(i+2)+ n(i+ 3)+n(i+4)= 5n(i+ 2)..5

Поэтому остаток от деления на 5 суммы всех расставленных чисел равен

(n+ 2n+ 3n)≡ 6(5k +3)≡ 3 (mod 5 )

С другой стороны, в каждой полоске сумма чисел кратна пяти, а в квадрате сумма чисел равна 1+ 1+2 +2= 6.  Значит, остаток от деления на 5 суммы всех расставленных чисел равен 1 , и мы получаем противоречие.

Если n= 5k+2,  то можно вырезать угловой квадрат 2× 2,  верхнюю полоску 2× 5k  разрезать на горизонтальные полоски из пяти клеток, а прямоугольник 5k ×(5k+2)  разрезать на вертикальные полоски из пяти клеток.

Ответ:

при n = 5k − 3,k∈ ℕ

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!