Тема 19. Задачи на теорию чисел
19.25 Уравнения в целых числах
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела задачи на теорию чисел
Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#20294

Сторона квадрата на 2 см длиннее ширины прямоугольника, площади этих фигур равны, а все длины сторон — натуральные числа.

а) Может ли ширина прямоугольника быть равной 6?

б) Может ли длина прямоугольника быть равной 9?

Показать ответ и решение

Пусть x  см — ширина прямоугольника, y  см — длина прямоугольника, (x + 2)  см — сторона квадрата. Тогда площадь прямоугольника равна xy см2,  площадь квадрата равна (x+ 2)2  см2.  Поскольку площади фигур равны, то имеем равенство

(x+ 2)2 =xy

а) По условию дано, что x = 6,  тогда получим уравнение

 2              64
8  = 6y   ⇔   y =-6

Получившееся y  не является целым числом. Следовательно, ширина прямоугольника не может быть равной 6.

б) По условию дано, что y = 9,  тогда получим уравнение

pict

Оба корня целые, значит, оба подходят по условию. Следовательно, длина прямоугольника может быть равной 9.

Ответ:

а) Нет, не может

б) Да, может

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#20290

Оля участвовала в викторине по истории. За каждый правильный ответ участнику начисляется 8 баллов, за каждый неверный — списывается 8 баллов, за отсутствие ответа списывается 3 балла. По результатам викторины Оля набрала 35 баллов. На сколько вопросов Оля ответила правильно, если в викторине было 24 вопроса?

Показать ответ и решение

Пусть Оля ответила правильно на a  вопросов, неправильно — на b  вопросов, не ответила — на c  вопросов, где a,  b  и c  — целые неотрицательные числа.

Поскольку Оля получила в результате 35 баллов, то

8a − 8b− 3c= 35

Поскольку на викторине было 24 вопроса, то

a+ b+ c= 24

Получили систему уравнений, из которой можно исключить переменную b:

{                      {
  8a − 8b − 3c = 35        8a− 8b− 3c = 35
  a+ b+ c    = 24   ⇔    8a+ 8b+ 8c = 192

      16a +5c =227  ⇔   16a= 227− 5c

Заметим, что 227− 5c  имеет остаток 2 при делении на 5, значит, и число 16a  при делении на 5 должно давать остаток 2. Число 16 имеет остаток 1 при делении на 5. Таким образом, чтобы число 16a  имело остаток 2 при делении на 5, число a  тоже должно иметь остаток 2 при делении на 5. Тогда его можно выразить так:

a =2 +5k

Здесь число k  — целое неотрицательное.

Следовательно,

16a= 227− 5c  ⇒   16(2+ 5k)= 227− 5c
 5c = 227 − 32 − 80k ⇔  5c= 195− 80k

            c =39 − 16k

Поскольку c≥ 0,  то имеем:

39− 16k ≥ 0  ⇔   39≥ 16k
   39
   16 ≥ k  ⇒   2≥ k

Тогда k  может быть равно 0, 1 или 2.

  • Если k = 0,  то c =39 − 16 ⋅0 = 39.  Такое невозможно, так как c≤ 24.
  • Если k = 1,  то c = 39 − 16 ⋅1 = 39− 16= 23,  а a= 2+ 5⋅1 = 7.  Такое невозможно, так как a+ c≤ 24.
  • Значит, k = 2.  Тогда имеем:

    a= 12, c= 7,  b= 24− 12− 7= 5

Проверим полученные значения, подставив их в уравнение общего числа очков:

8⋅12− 8⋅5− 3⋅7 = 35

Результат сходится с условием, значит, Оля верно ответила на a= 12  вопросов.

Ответ: 12

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#16131

Управдом Остап Бендер собирал с жильцов деньги на установку новых квартирных номеров. Адам Козлевич из 105-й квартиры поинтересовался, почему у них во втором подъезде надо собрать денег на 40% больше, чем в первом, хотя квартир там и тут поровну. Не растерявшись, Остап объяснил, что двузначные номера стоят вдвое, а трёхзначные — втрое больше, чем однозначные. Сколько квартир в подъезде?

Показать ответ и решение

Пусть в одном подъезде k  квартир. Тогда k > 9  , потому что 105 ≤ 2k  , т.к. 105я кввартира во втором подъезде, а также очевидно k < 1000  . Разберем два случая (везде далее будем считать, что одна цифра номера стоит одну условную единицу):

1.
k < 100  , то есть в первом подъезде нет квартир с трехзначными номерами. Тогда в первом подъезде количество цифр в номерах S1 = 9 + 2⋅(k− 9) = 2k − 9  (все номера кроме первых 9 — двузначные), а во втором S2 = 2⋅(99− k)+ 3⋅(2k− 99) = 4k− 99  (номера с k+ 1  по 99 двузначные, остальные — трехзначные). Запишем условие
pict
2.
k ≥ 100  , то есть в первом подъезде есть хотя бы один трехзначный номер, а втором все трехзначные. Тогда в первом подъезде количество цифр в номерах S1 = 9+ 2⋅90 + 3⋅(k− 99) = 3k − 108  , а во втором S2 = 3k  . Запишем условие
pict

Однако по условию квартира 105 находится во втором подъезде, значит, этот случай не удовлетворяет условию.

Единственный возможный ответ k = 72  .

Ответ:

72

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 4#16130

Вокруг стола пустили пакет с семечками. Первый взял 1 семечку, второй — 2, третий — 3 и так далее: каждый следующий брал на одну семечку больше. Известно, что на втором круге было взято в сумме на 100 семечек больше, чем на первом. Сколько человек сидело за столом?

Показать ответ и решение

Обозначим k  количество людей за столом. Тогда количество семечек взятых на первом круге равно сумме чисел от 1 до k

              k (k + 1)
1+ 2+ ...+ k =-------
                 2

На втором круге количества взятых семечек это числа от k + 1  до 2k  , их количество можно посчитать как сумму чисел от 1 до 2k  за вычетом суммы чисел от 1 до k  , которую мы уже посчитали

(k+ 1)+ (k+ 2)+ ...+ 2k = (1+ 2 +...+ 2k)− (1+ 2+ ...+ k) = 2k-⋅(2k+-1)− k(k-+-1)= k-(3k + 1)
                                                               2          2      2

Разница между второй и первой посчитанными величинами равна 100, осталось решить уравнение.

pict
Ответ:

10

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 5#16129

В классе находятся учитель и несколько учеников. Известно, что возраст учителя на 24 года больше среднего возраста учеников и на 20 лет больше среднего возраста всех присутствующих в классе. Сколько учеников находится в классе?

Показать ответ и решение

Обозначим искомое количество учеников k,  их средний возраст d.  Тогда возраст учителя равен T =d +24,  сумма возрастов учеников d ⋅k.  Для среднего возраста всех присутствующих в классе имеем уравнение:

pict

Тогда в классе пять учеников.

Ответ:

5

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 6#16128

Три математика ехали в разных вагонах одного поезда. Когда поезд подъезжал к станции, математики насчитали на перроне 7, 12 и 15 скамеек. Когда поезд отъезжал, один из математиков насчитал скамеек в три раза больше, чем другой. Cколько скамеек при отъезде поезда насчитал третий?

Показать ответ и решение

Пронумеруем математиков, считая с головы поезда. Тогда первый проехал большую часть перрона, чем второй, а второй большую, чем третий. Значит, первый насчитал скамеек не меньше, чем насчитал второй, который, в свою очередь, насчитал не меньше, чем третий. Из этого получаем, что первый насчитал 15, второй — 12, третий — 7. Здесь третий никак не связан с третьим из вопроса задачи, там подразумевается просто «оставшийся».

Обозначим количество оставшихся непосчитанными скамеек x,  это те скамейки, до которых не доехал даже первый. Тогда общее число скамеек на перроне 15+ x,  то есть все скамейки складываются из посчитанных и непосчитанных.

Очевидно, что каждый из математиков суммарно при подъезде и отъезде насчитал общее число скамеек на перроне, то есть 15+ x.

Значит, при отъезде первый математик насчитал количество скамеек, равное

15 +x − 15 = x

Второй математик насчитал количество скамеек, равное

15+ x− 12= x+ 3

Третий математик насчитал количество скамеек, равное

15 +x − 7 = x+ 8

Возможны три случая с учетом того, что x  — целое неотрицательное.

1) При отъезде второй насчитал втрое больше, чем первый:

3x = x+ 3  ⇒   x= 1,5

Такое невозможно.

2) При отъезде третий насчитал втрое больше, чем второй:

3(x+ 3)= x+ 8  ⇒   x = −0,5

Такое невозможно.

3) При отъезде третий насчитал втрое больше, чем первый:

3x =x + 8  ⇒   x= 4

Тогда «оставшийся» второй насчитал x +3 = 7  скамеек.

Ответ: 7

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 7#16127

Килограмм говядины с костями стоит 78 рублей, килограмм говядины без костей — 90 рублей, а килограмм костей — 15 рублей. Сколько граммов костей в килограмме говядины?

Показать ответ и решение

Обозначим через x  килограммов массу костей в одном килограмме говядины с костями. Тогда за них должно быть заплачено x ⋅15  рублей.

Чистого мяса в килограмме говядины с костями остается 1 − x  килограммов. Тогда за него платится 90 ⋅(1− x)  рублей.

Так как по условию суммарная стоимость составляет 78 рублей, то получаем уравнение

15x +90(1− x)= 78

   90− 75x= 78
       90-− 78
    x=   75

     x = 0,16

Тогда в килограмме говядины 160 граммов костей.

Ответ: 160

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 8#2738

Известно, что при некоторых действительных m  и n  числа m2 −  n2   и 2mn  – натуральные. Обязательно ли m  и n  целые?

Показать ответ и решение

Обозначим a = 2mn  , b = m2 − n2   , тогда

                    2                                 2
     -a-          a---   2               2 2     2   a--
m  = 2n ,     b = 4n2 − n      ⇒       (n ) +  bn  −  4  = 0.
Решая полученное биквадратное уравнение на n  , находим:
       -------------
    ∘  √ -------
       --a2 +-b2 −-b
n =         2      ,
тогда
      ---------a----------
m  =  √-- ∘ √---2---2----.
       2 ⋅    a  + b  − b

Пусть, например, a = b = 1  , тогда     ∘ --------
       √2-− 1
n =    -------
          2  ,            1
m =  √---∘--√------
       2 ⋅    2 − 1  – не являются целыми числами (например,  2   -1--
n  = √2--− 0,5  – явно не целое).

Ответ: Нет

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 9#2027

Докажите, что для любых натуральных чисел n  и m  существуют целые числа p  и q  , такие что НОД(n; m ) = pn + qm  .

Показать ответ и решение

Убедимся, что любой общий делитель всякой пары натуральных чисел (n;m )  является также и общим делителем пары (m; n − m )  : если уменьшаемое делится на число k  , то оно имеет вид n = ak  , если вычитаемое делится на число k  , то оно имеет вид m = bk  , тогда

n − m  = ak − bk = (a − b)k,
то есть их разность также делится на число k  .

Аналогично доказывается, что любой общий делитель пары (m; n − m )  является общим делителем пары (n;m )  , следовательно,

Н О Д(n; m ) = Н О Д(m; n − m ).

Пусть n > m  . Можно свести НОД(n; m )  к наибольшему общему делителю другой пары чисел, в которой наибольшее из чисел окажется меньше, чем n  , а именно: НОД(n;m ) =  НОД(m; n − m )  .

Таким образом, можно получить последовательность равенств вида ...=  НОД(k;0)  или вида    ...=  НОД(k; k)  , но НОД(k;k) =  НОД(k;0)  .

Такую последовательность действительно можно получить, так как при n > m  получается, что n >  m  и n > n − m  , то есть в равенстве НОД(n;m ) =  НОД(m; n −  m )  максимум из чисел под знаком НОД в правой части с каждым таким шагом уменьшается по крайней мере на 1, но числа   n  и m  – конечны, следовательно, через конечное число преобразований можно получить цепочку равенств вида ...=  НОД(k; 0)  .

 

∙ Назовём выражение вида an + bm  , где a,b ∈ ℤ  линейной комбинацией над ℤ  чисел n  и    m  . Ясно, что сумма линейных комбинаций над ℤ  чисел n  и m  снова линейная комбинация над ℤ  чисел n  и m  , разность линейных комбинаций над ℤ  чисел n  и m  снова линейная комбинация над   ℤ  чисел n  и m  .

 

Последнее полученное равенство можно продолжить:

...=  Н О Д(k; 0) = k.
При этом число k  получалось последовательным вычитанием из линейной комбинации над ℤ  чисел   n  и m  линейных комбинаций над ℤ  чисел n  и m  , то есть k  есть линейная комбинация над ℤ  чисел n  и m  , следовательно, существуют целые числа p  и q  , такие что k = pn + qm  .
Ответ: Доказательство

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 10#2026

Найдите какие-нибудь p,q ∈ ℤ  такие, что НОД(9;5 ) = 9p + 5q  .

Показать ответ и решение

НОД(9;5 ) = 1  .
 
НОД(9;5 ) =  НОД(9 − 5 = 4;5 ) =  НОД(9 − 5 = 4;5 − (9 − 5) = 1)  , таким образом, 1 = 5 − (9 − 5) = 2 ⋅ 5 + (− 1) ⋅ 9  .

Ответ:

p = − 1  , q = 2  .

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 11#747

Решите уравнение в целых числах

 2       2
x  = 5+ y
Показать ответ и решение

Исходное уравнение равносильно

 2   2
x − y  = 5  ⇔   (x − y)(x + y) = 5

Так как x  и y  целые, то и x − y,  x+ y  – целые, тогда возможны следующие случаи:

pict

В этих случаях решениями будут соответственно (3;− 2),  (3;2),  (− 3;2),  (− 3;− 2).

Таким образом ответ: (3;− 2),  (3;2),  (− 3;2),  (− 3;− 2).

Ответ: (3; -2), (3; 2), (-3; 2), (-3; -2)

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 12#738

Решите уравнение

x2 + 8y = 32
в целых числах.
Показать ответ и решение

Так как в равенстве

x2 + 8y = 32
все слагаемые, кроме первого, делятся на 8  , то и первое слагаемое должно делиться на 8  .

Докажем от противного, что если x2...8  при целом x  , то x...4  :
Пусть x  не делится на 4  . Если x  не делится на 2  , то x2   не делится на 2  , что неверно. Если    x  делится на 2  , то x = 2y  , где y  – целое нечётное, тогда   2     2
x  =  4y   , но  2
y   – нечётное, следовательно,   2
x   не делится на 8  – противоречие.

Таким образом, x  во всех решениях имеет вид x = 4k  , где k  – целое. Но все ли x  вида x = 4k  подходят? Выразим y  при условии x =  4k  :

16k2 + 8y = 32      ⇔      y = 4 − 2k2
– целое при k ∈ ℤ  , следовательно, решениями уравнения являются всевозможные пары вида (4k;4 − 2k2 )  , k ∈ ℤ  .
Ответ:

{(4k; 4 − 2k2)  | k ∈ ℤ}

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 13#737

Докажите, что если НОД(n;m ) > 1  , где n,m  ∈ ℕ  , то не существует целых чисел p  и q  , таких что pn + qm  =  1  .

Показать ответ и решение

n  и m  делятся на НОД(n;m )  , следовательно, pn + qm  делится на НОД(n;m ) > 1  , следовательно, pn + qm  не может быть равно 1.

Ответ: Доказательство

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 14#735

Решите уравнение x − y = 1  в целых числах.

Показать ответ и решение

Выразим y  :

y = x − 1.
Таким образом, при любом x ∈ ℤ  получим, что y =  x − 1  – целое число, то есть ответом будет множество всевозможных пар вида (x;x − 1)  , где x ∈ ℤ  , то есть { (x; x − 1)  | x ∈ ℤ} .
Ответ:

{(x; x − 1)  | x ∈  ℤ}

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 15#1338

Найдите все пары натуральных чисел a  и b  , удовлетворяющие равенству

---
ab = ab + 23

В левой части равенства стоит число, получаемое приписыванием десятичной записи числа a  перед десятичной записью числа b  .

Показать ответ и решение

Пусть k  – количество знаков числа b  . Тогда уравнение можно переписать в виде:

a ⋅ 10k + b = ab + 23
Рассмотрим случаи:

 

1) Пусть a = 1  . Тогда уравнение примет вид:

10k + b = 1 + 23   ⇔    10k = 24 − b
Так как b  – натуральное число, то 24 − b ≤ 23  . Так как k  – натуральное число, то   k
10  ≥ 10  . Следовательно, полученное уравнение может иметь решения, если обе части равны 10  . Тогда k = 1  , а b = 14  . Получили противоречие (в числе 14  два знака).

 

2) Пусть b = 1  . Тогда k = 1  . Тогда уравнение примет вид:

10a + 1 = a + 23   ⇔    9a =  22
Данное уравнение не имеет целого решения.

 

3) Пусть a ≥ 2  и 9 ≥ b ≥ 2  , то есть k = 1  . Тогда:

10a + b = ab + 23   ⇔    a(10 − ab−1) = 23 − b
Если b = 2  , то уравнение примет вид
 2
a  − 10a + 21 =  0
Откуда получаем a = 3  и a = 7  . Следовательно, пары решений: a =  3,b = 2  и a = 7,b = 2  .
Если b = 3  , то уравнение примет вид
        2
a(10 − a ) = 20 = 2 ⋅ 2 ⋅ 5 ⋅ 1
Данное уравнение нужно решить в натуральных числах. Число a  может быть равно лишь 2  (иначе выражение в скобках будет отрицательным), но a = 2  не подходит.
Если b = 4  , то уравнение примет вид
         3
a (10 − a  ) = 19
Очевидно, оно также не имеет решения в натуральных числах.
Рассмотрим уравнение при 5 ≤ b ≤ 9  :
a(10 − ab− 1) = 23 − b
Тогда 14 ≤ 23 − b ≤ 18  , а        b−1          5− 1
10 − a    < 10 − 2    =  − 6  , то есть левая часть отрицательна, а правая – положительна. Следовательно, решений нет.

 

4) Докажем, что уравнение не имеет решений ни при каких a  и b  так, что a ≥ 2  , b ≥ 10  , k ≥  2  .
Заметим, что для произвольного k  можно сказать, что   k− 1         k
10    ≤ b < 10  .

ab + 23 = 10ka + b
Предположим, что уравнение имеет решения.
 
 b         b    b−1       b−1
a  + 23 > a  = a    ⋅ a ≥ 2   ⋅ a
 
10ka + b < 10ka +  10ka = 2a ⋅ 10k
 
Следовательно, должно быть выполнено:
 b−1            k         b−1        k
2   ⋅ a < 2a ⋅ 10   ⇒    2    < 2 ⋅ 10
Как говорилось ранее, 10k− 1 ≤ b < 10k  , следовательно,
         k−1
2b−1 ≥ 210  −1
Следовательно, должно быть выполнено:
210k−1−1 < 2 ⋅ 10k  ⇔    210k−1 < 4 ⋅ 10k
Докажем, что при любых b,k  (рассматриваемых в данном случае) верно неравенство:
 10k−1        k
2     > 4 ⋅ 10
Это будет означать, что предположение неверно и уравнение не имеет решений.
Докажем его методом математической индукции.
При k = 2  оно верно:
  102−1        2         10
2     >  4 ⋅ 10   ⇔    2  >  4 ⋅ 100  ⇔    1024 > 400
Предположим, что оно верно при k  :
            k−1
4 ⋅ 10k < 210    (∗)
Докажем, что оно верно при k + 1  :
             k
4 ⋅ 10k+1 < 210
Умножим обе части неравенства (∗ )  на 10  :
4 ⋅ 10k+1 < 10 ⋅ 210k− 1 < 24 ⋅ 210k−1 = 210k−1+4 < 210k
Таким образом, получили требуемое неравенство при k + 1  , чтд.
Ответ:

a = 3, b = 2  и a = 7,b = 2

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 16#16132

Маша и Наташа делают фотографии. В первый день Наташа сделала n  фотографий, а Маша — m  фотографий. Каждый следующий день каждая из девочек делала на одну фотографию больше, чем в предыдущий. Известно, что в общей сложности Наташа сделала на 1615 фотографий больше Маши, а также то, что фотографировали они больше одного дня.

а) Могли ли девочки фотографировать в течение пяти дней?

б) Могли ли девочки фотографировать в течение шести дней?

в) Какое наибольшее количество фотографий могла сделать Наташа, если Маша в последний день сделала меньше 30 фотографий?

Показать ответ и решение

а) Пусть k  — количество дней, в течение которых девочки фотографировали. Тогда в последний день Наташа сделала n + k− 1  фотографий, Маша — m  +k − 1  фотографий. Предположим, что k = 5  . Следовательно, всего Наташа сделала n+n+k−1⋅k = (n+ 2)⋅5
   2  фотографий (сумма первых пяти членов арифметической прогрессии), Маша — m+m+k −1
---2----⋅k = (m  +2) ⋅5  фотографий. Тогда можно составить уравнение

(n+ 2)⋅5 = (m + 2)⋅5 + 1615  ⇒   n = m + 323,
n,m  — любые натуральные числа. Из полученного уравнения мы видим, что можно подставить вместо m  и n  любые натуральные числа и никакого противоречия не будет. Пусть m = 1,n = 324  . Тогда на пятый день Наташа сделала 328 фотографий, Маша — 5 фотографий. Всего Наташа сделала (324+ 328) : 2 ⋅5 = 1630  фотографий, Маша сделала (1 + 5) : 2⋅5 = 15  фотографий. И действительно, 1630 = 15+ 1615  . Таким образом, ответ: да, могли.

б) Предположим, что k = 6  . Поступая аналогично пункту а), получим следующее уравнение

       1615
n = m +  6
Так как n,m  — натуральные числа, то нет ни одного натурального числа, удовлетворяющего полученному уравнению. Следовательно, ответ: нет.

в) В общем виде условие, что Наташа сделала суммарно на 1615 фотографий больше, чем Маша, можно записать так:

2n + k− 1     2m + k − 1
----2---- ⋅k− ----2-----⋅k = 1615   ⇔   k(n − m ) = 1615
Заметим, что 1615 = 5⋅17⋅19  . Так как в последний день Маша сделала m + k − 1  фотографий, и это число меньше 30, то отсюда получаем m + k < 31  или m + k ≤ 30  (так как числа m  и k  — натуральные). Следовательно. можно сказать. что k ≤ 30  .

Из уравнения

k(n − m ) = 5⋅17 ⋅19
тогда можно сделать вывод, что k  равно либо 5, либо 17 , либо 19. Рассмотрим все три случая.
1.
Пусть k = 5  . Тогда m ≤ 25  . Также тогда n− m  = 323  . Следовательно, сумма сделанных Наташей фотографий равна
    2(323+ m )+ 5− 1
S = ----------------⋅5 ≤ 1750
           2
причем равенство достигается, когда m = 25  .
2.
Пусть k = 17  . Тогда m ≤ 13,n− m = 95  . Следовательно,
    2(95 +m )+ 17− 1
S = --------2------- ⋅17 ≤ 1972
3.
Пусть k = 19  . Тогда m ≤ 11,n− m = 85  . Тогда
    2(85-+m-)+-19−-1
S =         2        ⋅19 ≤ 1995

Таким образом мы видим, что наибольшее количество фотографий будет сделано Наташей за 19 дней, если m = 11  .

Выполним проверку. Наташа делала 96,97,...,114  фотографий в 1,2,...,19  день соответственно. Маша делала 11,12,...,29  фотографий в 1,2,...,19  день соответственно. Всего Наташа сделала (96+ 114) : 2⋅19 = 1995  фотографий. Всего Маша сделала (11+ 29) : 2⋅19 = 380  фотографий. Действительно, 1995 = 380+ 1615  .

Ответ:

а) да

б) нет

в) 1995

Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!