Number Theory: Structures, Examples, and Problems



Download 1,87 Mb.
Pdf ko'rish
bet92/125
Sana08.02.2022
Hajmi1,87 Mb.
#434761
1   ...   88   89   90   91   92   93   94   95   ...   125
Bog'liq
Titu Andreescu, Dorin Andrica Number Theory Str

2.2
Perfect Cubes
Problem 2.2.5.
Find all positive perfect cubes that are not divisible by
10
such
that the number obtained by erasing the last three digits is also a perfect cube.
Solution.
We have
(
10
m
+
n
)
3
=
1000
a
3
+
b
, where 1

n

9 and
b
<
1000.
The equality gives
(
10
m
+
n
)
3

(
10
a
)
3
=
b
<
1000
,
so
(
10
m
+
n

10
a
)
[
(
10
m
+
n
)
2
+
(
10
m
+
n
)
·
10
a
+
100
a
2
]
<
1000
.
Since
(
10
m
+
n
)
2
+
(
10
m
+
n
)
·
10
a
+
100
a
2
>
100, we obtain 10
m
+
n

10
a
<
10; hence
m
=
a
.
If
m

2, then
n
(
300
m
2
+
30
mn
+
n
2
) >
1000, false.
Then
m
=
1 and
n
(
300
+
30
n
+
n
2
) <
1000; hence
n

2. For
n
=
2, we
obtain 12
3
=
1728, and for
n
=
1, we get 11
3
=
1331.
Problem 2.2.6.
Find all positive integers n less than
1999
such that n
2
is equal to
the cube of the sum of n’s digits.
(1999 Iberoamerican Mathematical Olympiad)
Solution.
In order for
n
2
to be a cube,
n
must be a cube itself. Because
n
<
1000
we must have
n
=
1
3
,
2
3
, . . .
, or 9
3
. Quick checks show that
n
=
1 and
n
=
27
work, while
n
=
8
,
64, and 125 don’t. As for
n

6
3
=
216, we have
n
2

216
2
>
27
2
. However, the sum of
n
’s digits is at most 9
+
9
+
9
=
27, implying
that no
n

6
3
has the desired property. Thus
n
=
1
,
27 are the only answers.


254
II Solutions, 2. Powers of Integers
Problem 2.2.7.
Prove that for any nonnegative integer n, the number
A
=
2
n
+
3
n
+
5
n
+
6
n
is not a perfect cube.
Solution.
We will use modular arithmetic. A perfect cube has the form 7
k
, 7
k
+
1,
or 7
k

1, since
(
7
x
+
1
)
3

(
7
x
+
2
)
3
=
(
7
x
+
4
)
3

1
(
mod 7
)
and
(
7
x
+
3
)
3

(
7
x
+
5
)
3

(
7
x
+
6
)
3
≡ −
1
(
mod 7
).
Now observe that
2
6
=
4
3

1
(
mod 7
),
3
6
=
9
3

2
3

1
(
mod 7
),
5
6
=
(

2
)
6
=
2
6

1
(
mod 7
),
6
6

(

1
)
6

1
(
mod 7
).
It follows that 2
6
k

3
6
k

5
7
k

6
6
k

1
(
mod 7
)
.
Let
a
n
=
2
n
+
3
n
+
5
n
+
6
n
for
n

0. Set
n
=
6
k
+
r
, with
r
∈ {
0
,
1
,
2
,
3
,
4,
5, 6
}
. Since 2
n

2
r
(
mod 7
)
, 3
n

3
r
(
mod 7
)
, 5
n

5
r
(
mod 7
)
, and 6
n

6
r
(
mod 7
)
, we have
a
n

a
r
(
mod 7
)
.
It is easy to observe that
a
0

a
2

a
6

4
(
mod 7
)
,
a
1

a
4

2
(
mod 7
)
,
and
a
3

5
(
mod 7
)
. Therefore,
a
n
is not a perfect cube.
Problem 2.2.8.
Prove that every integer is a sum of five cubes.
Solution.
For any integer
n
we have the identity
6
n
=
(
n
+
1
)
3
+
(
n

1
)
3
+
(

n
)
3
+
(

n
)
3
.
(
1
)
For an arbitrary integer
m
we choose the integer
v
such that
v
3

m
(
mod 6
)
.
It follows that
m

v
3
=
6
n
for some integer
n
and we apply identity (1).
The actual representations are given by (1) and
6
n
+
1
=
6
n
+
1
3
,
6
n
+
2
=
6
(
n

1
)
+
2
3
,
6
n
+
3
=
6
(
n

4
)
+
3
3
,
6
n
+
4
=
6
(
n
+
1
)
+
(

2
)
3
,
6
n
+
5
=
6
(
n
+
1
)
+
(

1
)
3
.


2.2. Perfect Cubes
255
Remark.
A direct solution is given by the representation
m
=
m
3
+
1
m
+
1
3
+
1
2
3
+
1
m
+
1
3

1
2
3
+

m
+
1
3
3
+

m
+
1
3
3
Problem 2.2.9.
Show that every rational number can be written as a sum of three
cubes.
Solution.
Let
x
be a rational number. We would be done if we could find a relation
of the form
a
3
(
x
)
+
b
3
(
x
)
+
c
3
(
x
)
=
x
, where
a
,
b
,
c
are rational functions. To
make the arithmetic easier, it will actually be convenient to look for a relation
a
3
(
x
)
+
b
3
(
x
)
+
c
3
(
x
)
=
nx
for some integer
n
. Rewrite this as
a
3
(
x
)
+
b
3
(
x
)
=
nx

c
3
(
x
)
. Writing
a
(
x
)
=
f
(
x
)/
h
(
x
)
,
b
(
x
)
=
g
(
x
)/
h
(
x
)
for polynomials
f
,
g
,
h
and clearing denominators gives
f
3
(
x
)
+
g
3
(
x
)
=
(
nx

c
3
(
x
))
h
3
(
x
).
To build such an equation let
ε
=
cos
2
π
3
+
i
sin
2
π
3
. Then we can write
f
3
(
x
)
+
g
3
(
x
)
=
(
f
(
x
)
+
g
(
x
))(
f
(
x
)
+
ε
g
(
x
))(
f
(
x
)
+
ε
2
g
(
x
)).
It would be convenient if two of the factors on the right were cubes. Then
we could combine them into
h
and we could choose
c
so that the third factor is
nx

c
3
(
x
)
. Since we want
f
and
g
to be real, we try
f
(
x
)
+
ε
g
(
x
)
=
(
u
+
εv)
3
f
(
x
)
+
ε
2
g
(
x
)
=
(
u
+
ε
2
v)
3
.
Solving this system (using
ε
2
= −
1

ε
) gives
f
(
x
)
=
u
3

3
u
v
2
+
v
3
,
g
=
3
u
2
v

3
u
v
2
, and hence we are left with solving
nx

c
3
(
x
)
=
f
(
x
)
+
g
(
x
)
=
u
3
+
3
u
2
v

6
u
v
2
+
v
3
.
Notice that the right-hand side is
(
u
+
v)
3

9
u
v
2
. Thus we can take
u
=
x
,
v
=
1,
n
= −
9, and
c
(
x
)
=
u
+
v
=
x
+
1. Solving back through the calculation
gives
f
(
x
)
=
x
3

3
x
+
1,
g
(
x
)
=
3
x
2

3
x
, and
h
(
x
)
=
x
2

x
+
1. Hence we
get
x
3

3
x
+
1
x
2

x
+
1
2
+
3
x
2

3
x
x
2

x
+
1
3
+
(
x
+
1
)
3
= −
9
x
,
and the desired conclusion follows by applying this for
x
equal to the desired
rational number divided by

9.
Remark.
There are rational numbers that are not the sum of two cubes. We sug-
gest to the reader to find a such example.


256

Download 1,87 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   88   89   90   91   92   93   94   95   ...   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