Тема . ПитерГор (Санкт-Петербургская олимпиада)
Теория чисел на Питергоре
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела питергор (санкт-петербургская олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#69819

В ряд выписано 2021  простое натуральное число. Каждое, кроме крайних, отличается от одного из своих соседей на 12,  а от другого — на 6.  Докажите, что среди этих чисел есть равные.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Если мы хотим сказать, что все числа различные, то такая последовательность достаточно быстро, линейно растет. И при этом, почти все идут подряд, если смотреть на целую часть при делении на 6. То есть, число может «прыгать» через 1(после того как нацело поделили всю нашу последовательность на 6), но не больше чем на 1. Вот так «на пальцах», не строго, мы поняли, что было бы очень удачно, если бы мы смогли найти два каких-то соседних числа, которые отличаются на хотя бы 18. А это можно сделать, если мы(допустим) сможем разделить нашу последовательность на что-то большее ,чем некоторое число , и на что-то меньшее , чем некоторое число. И наименьшее и наибольшее из соответствующих групп отличались хотя бы на 18. То есть, иными словами, мы хотим сказать, что какие - то два подряд идущих числа, отличающиеся на 6, не могут быть в последовательности. Попробуйте придумать, как к такой конструкции прийти.

Подсказка 2

Одна из таких конструкций - остатки. По китайской теореме об остатках найдется такое k, что p + 6k делится на 5,а p + 6(k+1) на 7, при этом p - наименьшее простое число, большее 7(чтобы существовало число перед ним, которое входит в последовательность), входящее в последовательность. При этом 0 < k <= 5*7(по КТО найдется такое k). Теперь подумайте, откуда здесь возникает противоречие.

Подсказка 3

А возникает оно из - за того, что оба этих числа не простые, при этом они идут через одно. То есть, как раз мы получили конструкцию, в которой все разделилось на две кучи, в одной из которых числа которые хотя бы p+6(k+2), а в другой p+6(k-1). То есть разность хотя бы 18. Что теперь это значит? Какие теперь числа точно не могут быть в последовательности? А сколько теперь может быть чисел максимум в последовательности?

Подсказка 4

Верно, числа больше или равные p + 6(k+2), поскольку множество «меньших» непустое. Значит, чисел в наборе останется не больше чем 36(самое p и всевозможные 0 < k <= 5*7) и 2,3,5,7 - то есть не более 40 чисел. Но у нас 2021 число. Противоречие.

Показать доказательство

Способ 1

Предположим, что все числа в ряду различны. Выберем в нашем ряду число p,  у которого с каждой стороны не меньше пяти соседей, причём среди них нет числа 5.  Такое p  найдётся, так как число 2021  достаточно большое, а число 5  в нашем ряду встречается не более одного раза. Если p≡ ±1 (mod 5),  рассмотрим соседа числа p,  отличающегося от него на 6.  А если p≡ ±2 (mod 5),  рассмотрим его соседа, отличающегося на 12.  Не умаляя общности, будем считать, что этот сосед находится справа от p.  На приведённой ниже схеме выберем среди первых четырёх чисел то, которое равно остатку числа p  при делении на 5.  Число над стрелкой показывает, на сколько должен отличаться его правый сосед, а число после стрелки — какой остаток при делении на 5  этот сосед будет иметь. Все числа над стрелками однозначно определяются условиями, что разности ± 6  и ±12  чередуются и в ряду нет остатка 0 :

  +6  +12  − 6  −12  +6   +12  −6
1−−→ 2 −−−→ 4−−→ 3 −−−→ 1−−→ 2 −−−→ 4−−→ 3

Осталось заметить, что, с какого бы из первых четырёх чисел мы ни начали, через четыре шага мы придём к этому же числу(так как по одному разу прибавим 6  и 12  и по одному разу вычтем). Следовательно, в нашем ряду обязательно найдутся два одинаковых числа.

Способ 2

Пусть p  — наименьшее простое число в этом ряду большее 7.  По китайской теореме об остатках существует такое число k  (0< k≤ 35  ), что

p+ 6k≡ 0 (mod 5)

p+ 6(k+ 1)≡ 0 (mod 7).

Тогда числа p+ 6k  и p+ 6(k+ 1)  не простые, поэтому в нашем ряду они не встречаются. Но тогда в нашем ряду не может быть и чисел, больших p+ 6(k+1),  так как иначе нашлось бы два соседних числа, одно из которых не превосходит p+ 6(k− 1),  а второе не меньше числа p+ 6(k +2),  что невозможно. Следовательно, в ряду может встретиться не более 40  различных простых чисел: 2,3,5,7  и p,p+ 6,...,p+ 6⋅35.  Но в ряду 2021  число, значит, среди чисел есть равные.

Способ 3

Пусть p  — наименьшее просто число в этом ряду. Тогда все числа в ряду не превосходят p +18⋅1010,  так как если идти по ряду от p  до какого-то числа, то за каждые два шага число будет увеличиваться не более чем на 18.  Докажем, что среди чисел

p,p+6,p+ 12,...,p+ 18⋅1010(∗)

количество простых меньше 2021.  Из этого будет следовать, что в ряду обязательно найдутся равные числа. Пусть dn  — количество чисел в этом ряду, кратных n.  Подсчитаем количество чисел в ряду (*), кратных 5,7  и 11.  По формуле включений-исключений это количество равно

N =d5+ d7+ d11− d35 − d55− d77+ d385.

Если (6,n)= 1,  то на n  делится каждое n  -ое число в ряду (*) и     [3031]
dn =  n или     [3031]
dn =  n  + 1.  Следовательно,

    [   ]  [    ]  [   ]  [   ]     [    ]    [    ]    [    ]
N ≥  3031- + 3031 +  3031-−  3031- − 1− 3031 − 1 − 3031 − 1+ 3031-= 606+433+ 275 − 87− 56− 40+ 7= 1129.
      5      7      11      35        55        77        385

Итого, в ряду (*) не менее 1129  чисел, кратных 5,7  и 11.  Из этих 1129  чисел не более трёх являются простыми — это сами числа 5,7  и 11,  если они там есть. Поэтому в ряду (*) не более 3031− 1129+ 3= 1905  простых.

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!