Number Theory: Structures, Examples, and Problems



Download 1,87 Mb.
Pdf ko'rish
bet26/125
Sana08.02.2022
Hajmi1,87 Mb.
#434761
1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   125
Bog'liq
Titu Andreescu, Dorin Andrica Number Theory Str

Problem 1.4.1.
Let m and n be integers m

1
and n
>
1
. Prove that m
n
is the
sum of m odd consecutive integers.
Solution.
The equality
m
n
=
(
2
k
+
1
)
+
(
2
k
+
3
)
+ · · · +
(
2
k
+
2
m

1
)
is equivalent to
m
n
=
2
km
+
(
1
+
3
+ · · · +
2
m

1
)
or
m
n
=
2
km
+
m
2
. It follows that
k
=
m
(
m
n

2

1
)/
2, which is an integer
because
m
and
m
n

2

1 have different parities.
Problem 1.4.2.
Let n be a positive integer. Find the sum of all even numbers
between n
2

n
+
1
and n
2
+
n
+
1
.
Solution.
We have
n
2

n
+
1
=
n
(
n

1
)
+
1 and
n
2
+
n
+
1
=
n
(
n
+
1
)
+
1, both
odd numbers. It follows that the least even number to be considered is
n
2

n
+
2
and the greatest is
n
2
+
n
. The desired sum is
(
n
2

n
+
2
)
+
(
n
2

n
+
4
)
+ · · · +
(
n
2
+
n

2
)
+
(
n
2
+
n
)
=
(
n
2

n
)
+
2
+
(
n
2

n
)
+
4
+ · · · +
(
n
2

n
)
+
2
n

2
+
(
n
2

n
)
+
2
n
=
n
(
n
2

n
)
+
2
(
1
+
2
+ · · · +
n
)
=
n
3

n
2
+
n
2
+
n
=
n
3
+
n
.
Problem 1.4.3.
Let n be a positive integer and let
ε
1
, ε
2
, . . . , ε
n
∈ {−
1
,
1
}
be
such that
ε
1
ε
2
+
ε
2
ε
3
+ · · · +
ε
n
ε
1
=
0
. Prove that n is divisible by
4
.
(Kvant)
Solution.
The sum
ε
1
ε
2
+
ε
2
ε
3
+ · · · +
ε
n
ε
1
has
n
terms equal to 1 or

1, so
n
is
even, say
n
=
2
k
. It is clear that
k
of the terms in the sequence
ε
1
ε
2
, ε
2
ε
3
,. . . , ε
n
ε
1


28
I Fundamentals, 1. Divisibility
are equal to 1 and
k
of them are equal to

1. On the other hand, the product of
the terms in the sum is

1
ε
2
)(ε
2
ε
3
)
· · ·

n
ε
1
)
=
ε
2
1
ε
2
2
. . . ε
2
n
=
1
;
hence
(
+
1
)
k
(

1
)
k
=
1. That is,
k
is even and the conclusion follows.
Note that the result of this problem is sharp.
For any integer
n
=
4
m
there exist
ε
1
, ε
2
, . . . , ε
n
such that
ε
1
ε
2
+
ε
2
ε
3
+ · · · +
ε
n
ε
1
=
0
;
for example,
ε
1
=
ε
4
=
ε
5
=
ε
8
= · · · =
ε
4
m

3
=
ε
4
m
= +
1
,
ε
2
=
ε
3
=
ε
6
=
ε
7
= · · · =
ε
4
m

2
=
ε
4
m

1
= −
1
.
Problem 1.4.4.
A table of numbers with m rows and n columns has all entries

1
or
1
such that for each row and each column the product of entries is

1
. Prove
that m and n have the same parity.
Solution.
We compute the product
P
of the
m
·
n
entries in two ways, by rows
and by columns, respectively:
P
=
(

1
)(

1
)
· · ·
(

1
)
m
times
=
(

1
)
m
=
(

1
)
n
=
(

1
)(

1
)
· · ·
(

1
)
n
times
.
The conclusion now follows.
We show such a table for
m
=
3 and
n
=
5:

1
1
1

1

1
1
1

1
1
1
1

1
1
1
1
Remark.
If
m
and
n
have the same parity, then the number of tables with the
above property is 2
(
m

1
)(
n

1
)
.
Additional Problems
Problem 1.4.5.
We are given three integers
a
,
b
,
c
such that
a
,
b
,
c
,
a
+
b

c
,
a
+
c

b
,
b
+
c

a
, and
a
+
b
+
c
are seven distinct primes. Let
d
be the
difference between the largest and smallest of these seven primes. Suppose that
800
∈ {
a
+
b
,
b
+
c
,
c
+
a
}
. Determine the maximum possible value of
d
.
Problem 1.4.6.
Let
n
be an integer

1996. Determine the number of functions
f
: {
1
,
2
, . . . ,
n
} → {
1995
,
1996
}
that satisfy the condition that
f
(
1
)
+
f
(
2
)
+
· · · +
f
(
1996
)
is odd.
(1996 Greek Mathematical Olympiad)


1.5. Modular Arithmetic
29
Problem 1.4.7.
Is it possible to place 1995 different natural numbers around a
circle so that in each pair of these numbers, the ratio of the larger to the smaller is
a prime?
(1995 Russian Mathematical Olympiad)
Problem 1.4.8.
Let
a
,
b
,
c
,
d
be odd integers such that 0
<
a
<
b
<
c
<
d
and
ad
=
bc
. Prove that if
a
+
d
=
2
k
and
b
+
c
=
2
m
for some integers
k
and
m
,
then
a
=
1.
(25th International Mathematical Olympiad)
1.5
Modular Arithmetic
Let
a
,
b
,
n
be integers, with
n
=
0. We say that
a
and
b
are
congruent modulo
n
if
n
|
a

b
. We denote this by
a

b
(
mod
n
)
. The relation “

” on the set
Z
of integers is called the
congruence relation
. If
m
does not divide
a

b
, then
we say that integers
a
and
b
are not congruent modulo
n
and we write
a

b
(
mod
n
)
. It is clear that if
a
is divided by
b
with remainder
r
, then
a
is congruent
to
r
modulo
b
. In this case
r
is called the
residue of a modulo b
. The following
properties can be directly derived:
(1)
a

a
(
mod
n
)
(reflexivity).
(2) If
a

b
(
mod
n
)
and
b

c
(
mod
n
)
, then
a

c
(
mod
n
)
(transitivity).
(3) If
a

b
(
mod
n
)
, then
b

a
(
mod
n
)
(symmetry).
(4) If
a

b
(
mod
n
)
and
c

d
(
mod
n
)
, then
a
+
c

b
+
d
(
mod
n
)
and
a

c

b

d
(
mod
n
)
.
(5) If
a

b
(
mod
n
)
, then for any integer
k
,
ka

kb
(
mod
n
)
.
(6) If
a

b
(
mod
n
)
and
c

d
(
mod
n
)
, then
ac

bd
(
mod
n
)
.
(7) If
a
i

b
i
(
mod
n
)
,
i
=
1
, . . . ,
k
, then
a
1
+· · ·+
a
k

b
1
+· · ·+
b
k
(
mod
n
)
and
a
1
· · ·
a
k

b
1
· · ·
b
k
(
mod
n
)
. In particular, if
a

b
(
mod
n
)
, then for
any positive integer
k
,
a
k

b
k
(
mod
n
)
.
(8) We have
a

b
(
mod
m
i
)
,
i
=
1
, . . . ,
k
, if and only if
a

b
(
mod lcm
(
m
1
, . . . ,
m
k
)).
In particular, if
m
1
, . . . ,
m
k
are pairwise relatively prime, then
a

b
(
mod
m
i
)
,
i
=
1
, . . . ,
k
, if and only if
a

b
(
mod
m
1
, . . . ,
m
k
)
.


30

Download 1,87 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   125




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish