Тема Бельчонок
Теория чисел на Бельчонке
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела бельчонок
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#86101

Найдите множество всех целых значений суммы

x   y  3
y + 3 + x,

где x  и y  — произвольные натуральные числа.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Пусть сумма из условия равна m, где m - натуральное число (так как х и у натуральные). Для удобства домножим получившееся равенство на 3ху и получим уравнение в натуральных числах. Всё последующее решение задачи — это просто аккуратное рассмотрение делимостей. Например, на что может делиться х?

Подсказка 2

В выражении много троек, проверьте, делится ли х на 3. Это можно сделать от противного.

Подсказка 3

Действительно, х делится на 3, значит можно сделать замену: пусть х = 3z, где z - натуральное число. Подставьте это в равенство и посмотрите какие ещё переменные могут делиться на 3.

Подсказка 4

Верно, либо у, либо z делится на 3. Рассмотрите оба случая и в каждом из них сделайте замену. Тут так же нужно будет подумать, на что могут делиться переменные, и как они относятся друг к другу: может какие-то из переменных делятся на другие?

Показать ответ и решение

Пусть x + y+ 3= m
y   3  x  — натуральное число. Тогда

  2  2
3x + yx+ 9y = 3mxy

Если x  не делится на 3  , то y  делится на 3  . Но в таком случае все члены равенства, кроме 3x2  , делятся на 9  , а 3x2  делится только на 3  , что невозможно. Значит, x  делится на 3  , то есть x= 3z  для некоторого натурального числа z  . Имеем

  2  2
9z +y z+ 3y = 3myz,

откуда y  делится на 3  или z  делится на 3  .

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пусть y = 3w  . Тогда

z2 +w2z+ w =mwz,

откуда w  делится на z  . Но в таком случае w  делится и на z2  , то есть w= z2u  для некоторого натурального u  . Теперь имеем 1+ z3u2 +u =mzu  , откуда u =1  . Ясно, что число z2+ 2z  будет целым только при z ∈ {1,2} , при этом m ∈ {3,5} .

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пусть z =3w  . Тогда 27w2+ y2w+ y = 3myw  . Как и выше, отсюда следует, что y  делится на w2  ,то есть y = w2u  для некоторого натурального u  . Теперь имеем 27+ w3u2+ u= 3mwu  , откуда u  делит 27  , то есть u∈{1,3,9,27} . При u= 3,u= 9,u =27  получаем невозможные равенства

 3   3 2     2
3 + w 3 +3 =3 mw

33+w334+ 32 = 33mw

2⋅33 +w336 = 34mw

соответственно. При u =1  число    28+w3
m= --3w--  , откуда w  — делитель 28  , при этом

28+w3 ≡ w3+ 1≡ 0 (mod 3),

то есть w ≡ −1 (mod 3)  . Следовательно, w ∈{2,14} , и тогда m ∈ {6,66} .

Ответ:

 3,5,6,66

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#86099

Сколько двузначных натуральных чисел нельзя представить в виде суммы двух палиндромов?

Палиндром - число, читающееся одинаково слева направо и справа налево. Однозначные числа 0,1,...,9  также считаются палиндромами. Многозначные палиндромы не могут начинаться с 0.

Показать ответ и решение

Если число n  является палиндромом, то числа n,n +1,n+ 2,...,n +9  допускают нужное представление. Поэтому числа от 10  до  20  могут быть представлены нужным образом:

10= 9+ 1,11= 11+0,12= 11+1,...,20= 11 +9

Если число n  двузначное и является палиндромом, то число n +11  также палиндром, и может быть представлено как (n +11)+ 0  . Например, если n = 55,n+ 11= 66 =66+ 0  . Поскольку разность между соседними двузначными палиндромами равна 11  , это означает, что все такие числа допускают нужное представление. Осталось рассмотреть числа вида n+ 10  , где n  — палиндром, то есть числа 21,32,43,54,65,76,87,98  . Пусть число n+ 10= a+ b  . Если и a  и b  двузначные палиндромы, тогда правая часть делится на 11  , а левая нет. Значит, одно из слагаемых должно быть однозначным, то есть числом из набора 0,1,...,9  . Но разность 10  и любого числа из набора не кратна 11  . Числа 21,32,43,54,65,76,87,98  нельзя представить как сумму двух палиндромов.

Ответ: 8

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#86096

Найдите все пары (a,b)  натуральных чисел, для которых

             3
27ab+(1− a+ b) = 0
Подсказки к задаче

Подсказка 1

Давайте перенесем куб вправо и изменим внутри знак. Тогда, что мы можем сказать про ab, если 3^3 = 27? А что мы можем сказать про то как связаны a и b?

Подсказка 2

Из того, что 27 - куб, следует, что ab - тоже куб, так как справа у нас расположен куб. А что насчет связи a и b? Если у них есть общий делитель, то получается, что по некоторому простому модулю p, для которого a = 0 и b = 0 (mod p), выходит, что 1 = 0, mod p. Значит, p = 1, а значит a и b взаимнопросты. Как мы тогда можем скомбинировать наши результаты?

Подсказка 3

Тогда, a, b - кубы, ведь они взаимнопросты и их произведение - куб(если вам непонятно почему это так, то попробуйте рассмотреть произвольное p^3a и понять почему факт верен). Но тогда, выходит, что 27xy = 1 - x^3 - y^3(x^3 = a, y^3 = b). Хмм, мы пришли к уравнению, которое все же лучше начального, но также непонятно как решать. Давайте попробуем как-то оценить x через y, и быть может из этой оценки будет явно следовать ограниченность количества вариантов(подсказка внутри подсказки - 27xy > 0).

Подсказка 4

Но если у нас 27xy > 0, то x^3 - y^3 - 1 > 0, а значит y <= x - 1. Подставив эту оценку(после переноса всех слагаемых в одну сторону) в уравнение, мы и получим ограниченность количества решений, откуда и будет следовать ответ.

Показать ответ и решение

Во-первых, покажем, что a  и b  взаимно просты. Пусть это не так, тогда они делятся на какое-то простое число p  , а значит и a− b− 1  делится на p  , но это не так.

Во-вторых, покажем, что a  и b  — точные кубы. Число 27ab  — куб, 27  — куб, значит и ab  — куб. Если некоторое простое число входит в ab  в степени 3α  , то оно либо входит в этой же степени в a  , а в b  — в нулевой, либо наоборот, так как (a,b)= 1  . Таким образом, a  и b  — кубы, ведь все простые множители входят в них в 3  степени.

Пусть    3    3
a= a1,b= b1  , тогда извлечём из равенства кубический корень и получим:

3a1b1 = a31 − b31− 1

Зафиксируем a1  и сравним с ней b1  . Ясно, что b1 ≤a1− 1  , потому что иначе правая часть отрицательна, а левая — положительна. Перепишем равенство в виде:

 3         3
b1+ 3a1b1 = a1− 1

Нетрудно видеть, что

 3             3             3
b1+ 3a1b1 ≤ (a1− 1)+ 3a1(a1− 1)=a1− 1

То есть равенство возможно лишь когда b1 = a1− 1  , откуда b= b31,a= (b1 +1)3  . Притом эта пара является решением при любом натуральном b1  .

Ответ:

 a =(k+ 1)3,b= k3,k∈ ℕ

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#86093

Известно, что числа a,b,c,ab + ac + bc
     c   b   a  — целые. Обязательно ли являются целыми все три числа

abac bc
c , b ,a ?
Подсказки к задаче

Подсказка 1

Давайте для доказательства этого воспользуемся неочевидным инструментом - симметрическими многочленами. Логика в том, что наши выражения точно рациональны, и при этом, мы знаем такой факт, что если некоторый многочлен с целыми коэффициентами имеет корень p/q (в несократимой записи), то старший коэффициент делится на q. Значит, в идеале, нам хотелось бы придумать многочлен, с целыми коэффициентами, корнями, равным нашим выражениям. Какое условие мы забыли, с учетом леммы выше?

Подсказка 2

Мы забыли условие на то, что у нас свободный член должен быть равен 1, если мы хотим целые корни нашему уравнению, ведь тогда знаменатель q = 1. Ну а какое самое простое уравнение с нашими выражениями в виде корней мы знаем? Верно, просто кубический многочлен с такими корнями. Остается проверить, что он имеет целый коэффициенты.

Подсказка 3

Коэффициенты нашего многочлена будут -(ab / c + bc / a + ca / b), (a^2 + b^2 + c^2), -abc. И да, эти коэффициенты целые, а также старший коэффициент равен 1, а значит, наши выражения — целые.

Показать ответ и решение

Рассмотрим числа ab,ac,bc
c  b a  . По условию их сумма целая, их произведение равно abc  — целое, сумма их попарных произведений равна  2  2   2
a + b +c  — целая. Значит, мы можем составить приведённый многочлен с целыми коэффициентами и корнями ab ac bc
-c ,-b ,a  :

          ab  ac  bc                         ab    bc    ac
P(x)=x3− (c-+ b-+ a)x2+ (a2+ b2+c2)x− abc= (x− c )(x− a)(x− b-)

Осталось заметить, что корни рациональны как отношения целых чисел. Если целочисленный многочлен имеет рациональный корень pq,(p,q)=1  , то его старший коэффициент делится на q  . Поскольку наш многочлен приведённый, корни являются целыми.

Ответ: да

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#69408

Решите уравнение

 4   2   2
x + y = xy + y

в натуральных числах.

Источники: Бельчонок-2023, 11.5 (см. dovuz.sfu-kras.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Мы видим, что в уравнении все коэффициенты равны 1. Это наводит нас на мысль о том, что надо искать связь между x и y. У нас есть удобное слагаемое y, поэтому разумно оставить его и попытаться пораскладывать остальные слагаемые...

Подсказка 2

Мы видим, что можно вынести y² за скобку. Тогда получится, что x⁴-y²(x-1)=y. Если отнять от обеих частей 1, можно получить, что (x-1)(x³+x²+x+1-y²)=y-1. Пускай x≠1, тогда y-1 делится на x-1, т.e. y=k(x-1)+1. Теперь можно подставить вместо y k(x-1)+1 и посмотреть, что получится...

Подсказка 3

После подстановки и сокращения на (x-1) можно заметить, что наше равенство имеет вид k-3=(x-1)(...). Тогда k=m(x-1)+3 или m=(k-3)/(x-1). Вспоминаем, что k=(y-1)/(x-1) и получаем, что m=(y-3x+2)/(x-1)². Кажется, что от делимости мы уже ничего не получим. Может тогда попробовать метод оценки...

Подсказка 4

Попробуйте понять, бывает ли целое число m больше или равно 1...

Подсказка 5

Пускай m≥1.Тогда y≥x²+x-1 ⇒ x⁴=(x-1)y²+y≥x⁵+x⁴-3x³+4x-2, что неверно при x>1. Получается, что m<1 ⇔ m≤0. Тогда k может принимать значения 1, 2 или 3. Проверьте эти значения и не забудьте рассмотреть случай x=1!

Показать ответ и решение

Уравнение равносильно

 4       2     2
x − 1= xy +y − y − 1

           2       2
(x − 1)(x +1)(x + 1)= y(x− 1)+(y− 1)

Если x− 1= 0,  то y− 1 =0,  запишем эту пару (1;1)  в ответ.

Теперь рассмотрим x> 1.  Тогда x − 1  это натуральное число и на него делится левая часть уравнения

(x− 1)⋅((x+ 1)(x2+ 1)− y2)= y− 1

А значит, y− 1= ℓ(x − 1)  для некоторого натурального числа ℓ.

После подстановки и сокращения на x − 1  получим уравнение:

(x+ 1)(x2+1)− (1+ ℓ(x − 1))2 =ℓ(x− 1)

(x− 1)2ℓ2+(2x− 1)ℓ− x3− x2 − x =0 (∗)

Если снова посмотреть по модулю x− 1,  то есть разделить в столбик левую часть на натуральное число x− 1  , то окажется, что число

m =-ℓ− 3 = y−-3x-+22
   x − 1   (x− 1)

должно быть целым.

Более того, m< 1,  поскольку это равносильно неравенству y <(x− 1)2+ 3x− 2= x2+x − 1,  которое верно при x >1.

Действительно, если y ≥x2+ x− 1,  то x4 = (x − 1)y2 +y ≥(x− 1)(x2+ x− 1)2+ x2+ x− 1= x5+x4− 3x3+4x − 2,  что невозможно при x > 1.

Таким образом, m <1  =⇒   m ≤ 0,  а значит, ℓ∈{1;2;3}.

При ℓ= 1  уравнение (∗)  принимает вид − x(x2+1)= 0,  что невозможно для x> 1.

Если ℓ= 2,  то число m  будет целым только при x= 2,  однако пара (ℓ,x)= (2,2)  не удовлетворяет уравнению (∗).

При ℓ= 3  уравнение (∗)  переписывается в виде (x− 1)2(x− 6)=0.  Отсюда находим, что x= 6  и затем y =ℓ(x− 1)+ 1= 16.

Ответ:

 (1;1),(6;16)

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#69403

Решите уравнение

 2a   a     k ℓ
3  + 3 +2 =2 7

в целых неотрицательных числах.

Источники: Бельчонок-2023, 11.5 (см. dovuz.sfu-kras.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Левая часть должна делиться на 7, а еще видно связь между 3^2a и 3^a, что тогда хочется сделать?

Подсказка 2

Хочется заменить 3^a на t и записать табличку остатков на t^2 + t + 2 по модулю 7^l. Тогда какие выводы мы сможем сделать относительно l?

Подсказка 3

l < 2! Остаётся разобрать 2 случая с l) Начнем с l = 0. У нас появляется уравнение относительно a и k, где одно из решений на "маленьких числах" угадывается. Далее попробуем оценить a и доказать, что при a >= 2 решений нет. Как это сделать?

Подсказка 4

При a >= 2 мы можем оценить k и найти остаток от деления на 3 числа 2^k. Теперь мы знаем, какое k, поэтому можем подставить это в изначальное уравнение. Какое уравнение у нас получается и какой вид будет иметь k?

Подсказка 5

k = 2m + 1, тогда мы приходим к уравнению вида 3^a(3^a + 1) = 2(4^m - 1), значит m делится на 3. Теперь мы можем оценить, на что делится 4^m - 1, тем самым сделав выводы о делителях 3^a + 1. Какие?

Подсказка 5

3^a + 1 делится на 7. Осталось лишь оценить a и прийти к противоречию с помощью сравнений по модулю) осталось лишь рассмотреть случай l = 1, что делается теми же идеями, что и случай l = 0)

Показать ответ и решение

Если ℓ ≥2,  то получим сравнение

 2        (    2)
t +t+ 2≡ 0 mod 7

где t= 3a.  Но это сравнение невозможно ни при каком t  (проверку осуществляем с перебора остатков по модулю 7).  Значит, ℓ∈ {0;1}.

1.

В случае ℓ= 0  имеем уравнение 32a+ 3a+ 2= 2k.  Если a =0,  то k =2.  При a= 1  решений нет. Далее считаем a≥2.  Имеем k≥ 2  и 2k ≡ 2(mod 3),  откуда k =2m +1  для некоторого натурального m.  Из равенства 3a (3a+ 1)=2 (4m − 1)  следует, что m  делится на 3 (иначе правая часть не будет делиться на 9). Тогда 4m− 1  делится на 43− 1=7 ⋅9.  Следовательно, 3a+ 1  делится на 7. Но тогда a≡ 3(mod 6),  так что 3a+ 1≡ 0  (mod 33+1).  Однако 33+ 1≡ 0(mod 4),  что дает противоречие.

2.

Рассмотрим случай ℓ= 1.  При a= 1  из уравнения  2a   a        k
3  +3 + 2= 7⋅2  находим k= 1.  Пусть далее a ≥2  и, как следствие, k≥2.  Имеем  (a−1   ) a        (k−1   )
3 3   − 1 (3 +4)= 142  − 1 .  Отсюда следует, что ( a−1   )  a
 3   − 1 (3 +4)  делится на 7. Это возможно только при условии a ≡1(mod 6).  Но тогда  a−1
3   − 1≡ 0(mod 8),  что приводит к противоречию.

Ответ:

 (a,k,ℓ)∈{(0;2;0),(1;1;1)}

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#76734

Найдите все пары (x;y)  натуральных чисел, для которых оба числа x2+8y;y2− 8x  являются точными квадратами.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Давайте внимательно посмотрим на наши выражения. Нельзя ли сразу угадать какую-то пару чисел, удовлетворяющую условиям задачи. Пусть x равен какому-то натуральному n. Тогда какой должен быть y, чтобы первое выражение было квадратом?

Подсказка 2

Верно, тогда y=n+2. Можно проверить, что условие задачи выполняется. Что же делать теперь? Ведь y может быть больше или меньше x+2. Какую идею тогда здесь можно применить для дальнейшей оценки наших выражений, чтобы перебирать другие варианты было проще?

Подсказка 3

Да, можно попробовать зажать наши числа между квадратами. Если y < x+2, то первое выражение будет находиться между x² и (x+4)², и остаётся только вариант для (x+2)² = x² + 8y из-за чётности. Аналогично рассматривается, если y > x+2. Тут уже второе число зажимается между y² и (y-4)². Осталось только технически это всё реализовать и найти оставшиеся решения. Победа!

Показать ответ и решение

Легко проверить, что пары вида (n;n +2)  , где n – натуральное число, удовлетворяют условию задачи. Пусть (x;y)  – любая другая пара, удовлетворяющая условию задачи. Рассмотрим два случая.

1) Пусть сначала y < x+ 2  . Тогда 2   2       2              2
x <x + 8y < x + 8(x+ 2)= (x+ 4)  , откуда  2          2
x + 8y =(x+ k)  , где k ∈{1;2;3} . Очевидно, возможен лишь случай k= 2  (по чётности), и тогда x= 2y − 1  .

Осталось выяснить, при каких натуральных y  число  2       2
y − 8x= y − 16y+ 8  будет точным квадратом. Пусть  2          2
y − 16y+ 8= a  , тогда       √-----2
y =8±  56+ a  . Число под корнем должно быть точным квадратом:      2  2
56+ a = c  , т. е. 2   2
c− a = 56  .

Разложим 56  на множители и рассмотрим системы. Учитывая, что c− a  и c+ a  имеют одинаковую чётность, отбросим лишние, останутся системы:

{
  c− a =   4
  c+ a =   14

{ c− a =   2
  c+ a =   28

откуда c= 9,a= 5  или c= 15  , a= 13  .

При a= 5  значение y = 8± √56+25  и подходит y = 8+9 =17  . При a= 13  значение y = 8± √56+-169  и подойдет y =8+ 15= 23  . Поскольку x= 2y− 1  , получаем пары (45;23)  и (33;17)  .

2) Пусть теперь y > x+ 2  , т. е. x <y − 2  . Здесь y > 4  , и мы имеем (y− 4)2 = y2− 8(y− 2)<y2− 8x< y2  . Значит, y2− 8x= (y − k)2  , где k ∈{1;2;3} . Опять возможен только случай k= 2  (по чётности), так что y = 2x +1  .

Пусть x2 +16x+ 8= b2  , тогда x= −8± √56+-b2  . Выше показано, что число под корнем является точным квадратом только при b= 5  или b= 13  . Тогда x =1  или x =7  . Получаем пары (1;3)  и (7;15)  , первая из которых входит в множество (n;n+ 2) .

Ответ:

 (7;15),(33;17),(45;23),(n;n+ 2),n∈ ℕ

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 8#74652

Найдите все натуральные числа a,  для которых число

a+1 +√a5-+2a2+-1
-----a2+-1------

также является натуральным.

Источники: Бельчонок-2022, 11.4 (см. dovuz.sfu-kras.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Мы хотим сделать так, чтобы числитель делился на знаменатель. Попробуем сделать замену а+1=b, так же заменим и корень. Что получится?

Подсказка 3

Может ли -а-1 быть сравнимо с нулем по модулю a^2+1?

Показать ответ и решение

Обозначим a+ 1= b,√a5-+2a2+-1= c  . В числителе записано

      c2-− b2
c+ b=  c− b

На a2+ 1  должно делиться

c2− b2 = a5+ 2a2+ 1− (a +1)2 = a5+a2− 2a≡a2+1 −a − 1

При a> 1  модуль остатка меньше  2
a +1,  поэтому остаток не может делиться на  2
a + 1  ни при каком a> 1.  Уравнению удовлетворяет единственное значение a= 1.

Ответ: 1

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 9#70328

Выражение n  ! означает произведение всех натуральных чисел от 1  до n  включительно, т. е. n!= 1⋅2⋅...⋅n  . Решите в натуральных числах уравнение

      2       2
n!− 4n +18= m  +4nm − 20m
Показать ответ и решение

Воспользуемся делимостью на 4, чтобы получить ограничение на значение n  . При n ≥ 4  имеем

      n!− 4n2+ 18≡ 2 ⇒ m2+ 4nm − 20≡ 2⇔ m2 ≡ 2
                 4                 4       4
что невозможно, так как квадраты даю т остатки 0,1,3 по модулю 4.

Следовательно, n≤ 3.  Переберем возможные варианты n  и выберем те, при которых m ∈ℕ.

⌊
| n= 1  и  m(m − 16)= 15 ⇒ m ∕∈ℕ
⌈ n= 2  и  m(2m − 12)= 4⇒ m ∕∈ℕ
  n= 3  и  m − 8m +12= 0⇒ m = 2;6
Ответ:

 (2,3),(6,3)

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 10#76731

В ряд выписывают дроби -1-,-2-,-3-,...,4060,4061.
4061 4060 4059     2   1  Сколько всего целых чисел встретится в таком ряду?

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Наши числа имеют вид (4062-x)/x. Нам надо найти количество целых чисел, когда x пробегает от 1 до 4061. Как вы думаете, при каком условии на x это число будет целым?

Подсказка 2

(4062-x)/x = 4062/x - 1. Тогда нужно всего лишь обеспечить целость числа 4062/x. Стало быть x- делитель 4062. Посчитайте количество делителей числа 4062 (только не забудьте, что x<4062) и радуйтесь жизни!

Показать ответ и решение

Сумма числителя и знаменателя каждой дроби равна 4062  , то есть каждая дробь имеет вид 4062−x
  x  , где x  – натуральное число, не превосходящее 4061  . Число 4062−x   4062
  x   =  x − 1  будет целым, когда число x  - делитель 4062  .

Поскольку 4062 =2 ⋅3 ⋅677  , где числа 2  , 3  и 677  – простые, у числа 4062  будет 8  делителей. И так как x< 4062  , x  может принимать одно из 7  значений (все делители 4062  , кроме самого числа), чтобы дробь 4062−x
  x  была целой.

Ответ: 7
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!