Number Theory: Structures, Examples, and Problems


The Sum of the Digits of a Number



Download 1,87 Mb.
Pdf ko'rish
bet96/125
Sana08.02.2022
Hajmi1,87 Mb.
#434761
1   ...   92   93   94   95   96   97   98   99   ...   125
Bog'liq
Titu Andreescu, Dorin Andrica Number Theory Str

4.2
The Sum of the Digits of a Number
Problem 4.2.7.
Show that there exist infinitely many natural numbers n such that
S
(
3
n
)

S
(
3
n
+
1
)
.
(1997 Russian Mathematical Olympiad)
Solution.
If
S
(
3
n
) <
S
(
3
n
+
1
)
for large
n
, we have (since powers of 3 are divisible
by 9, as are their digit sums)
S
(
3
n
)

S
(
3
n
+
1
)

9. Thus
S
(
3
n
)

9
(
n

c
)
for
some
c
, which is eventually a contradiction, since for large
n
, 3
n
<
10
n

c
.
Problem 4.2.8.
Do there exist three natural numbers a
,
b
,
c such that S
(
a
+
b
) <
5
, S
(
b
+
c
) <
5
, S
(
c
+
a
) <
5
, but S
(
a
+
b
+
c
) >
50
?
(1998 Russian Mathematical Olympiad)
Solution.
The answer is yes. It is easier to focus on the numbers
a
+
b
,
b
+
c
,
c
+
a
instead. Each of these has digit sum at most 4. Hence their sum 2
(
a
+
b
+
c
)
has digit sum at most 12. However, half this
a
+
b
+
c
has digit sum at least 51.
The only way this can happen is if
a
+
b
+
c
has digits either ten 5’s and a 1
or nine 5’s and a 6. Trying the former, we take
a
+
b
+
c
=
105555555555 and
2
(
a
+
b
+
c
)
=
211111111110 (many other choices also work). Each of
a
+
b
,
b
+
c
, and
c
+
a
must have digit sum 4, and they must add to 2
(
a
+
b
+
c
)
, so
there can be no carries. One such choice is
a
+
b
=
100001110000
,
b
+
c
=
11110000000
,
c
+
a
=
100000001110
.
From these we get
a
=
105555555555

11110000000
=
94445555555
,
b
=
105555555555

100000001110
=
5555554445
,
c
=
105555555555

100001110000
=
5554445555
.


4.2. The Sum of the Digits of a Number
269
Problem 4.2.9.
Prove that there exist distinct positive integers
{
n
i
}
1

i

50
such
that
n
1
+
S
(
n
1
)
=
n
2
+
S
(
n
2
)
= · · · =
n
50
+
S
(
n
50
).
(1999 Polish Mathematical Olympiad)
Solution.
We show by induction on
k
that there exist positive integers
n
1
, . . . ,
n
k
with the desired property. For
k
=
1 the statement is obvious. For
k
>
1, let
m
1
<
· · ·
<
m
k

1
satisfy the induction hypothesis for
k

1. Note that we can
make all the
m
i
arbitrarily large by adding some large power of 10 to all of them,
which preserves the described property. Then, choose
m
with 1

m

9 and
m

m
1
+
1
(
mod 9
)
. Observing that
S
(
x
)

x
(
mod 9
)
, we have
m
1

m
+
S
(
m
1
)

S
(
m
)
+
11
=
9
l
for some integer
l
. By choosing the
m
i
large enough
we can ensure that 10
l
>
m
k

1
. Now let
n
i
=
10
l
+
1
+
m
i
for
i
<
k
and
n
k
=
m
+
10
l
+
1

10. It is obvious that
n
i
+
S
(
n
i
)
=
n
j
+
S
(
n
j
)
for
i
,
j
<
k
, and
n
1
+
S
(
n
1
)
=
(
10
l
+
1
+
m
1
)
+
(
1
+
S
(
m
+
1
))
=
(
m
1
+
S
(
m
1
)
+
1
)
+
10
l
+
1
=
(
9
l
+
S
(
m
)
+
m

10
)
+
10
l
+
1
=
(
m
+
10
l
+
1

10
)
+
(
9
l
+
S
(
m
))
=
n
k
+
S
(
n
k
),
as needed.
Problem 4.2.10.
The sum of the decimal digits of the natural number n is
100
,
and that of
44
n is
800
. What is the sum of the digits of
3
n?
(1999 Russian Mathematical Olympiad)
Solution.
The sum of the digits of 3
n
is 300.
Suppose that
d
is a digit between 0 and 9, inclusive. If
d

2 then
S
(
44
d
)
=
8
d
, and if
d
=
3 then
S
(
8
d
)
=
6
<
8
d
. If
d

4, then 44
d

44
(
9
)
has at most
three digits so that
S
(
44
d
)

27
<
8
d
.
Now write
n
=
"
n
i
·
10
i
, so that the
n
i
are the digits of
n
in base 10. Then
8
n
i
=
S
(
44
n
)

S
(
44
n
i
·
10
i
)
=
S
(
44
n
i
)

8
n
i
,
so equality must occur in the second inequality, that is, each of the
n
i
must equal
0, 1, or 2. Then each digit of 3
n
is simply three times the corresponding digit of
n
, and
S
(
3
n
)
=
3
S
(
n
)
=
300, as claimed.


270
II Solutions, 4. Digits of Numbers
Alternative solution.
Using properties (3) and (5) involving the sum of digits, we
have
S
(
3
n
)

3
S
(
n
)
=
300
and
800
=
S
(
11
·
3
n
+
11
n
)

S
(
11
·
3
n
)
+
S
(
11
n
)

S
(
11
)
S
(
3
n
)
+
S
(
11
)
S
(
n
)
=
2
S
(
3
n
)
+
200
,
whence
S
(
3
n
)

300. Thus,
S
(
3
n
)
=
300.
Problem 4.2.11.
Consider all numbers of the form
3
n
2
+
n
+
1
, where n is a
positive integer.
(a) How small can the sum of the digits (in base
10
) of such a number be?
(b) Can such a number have the sum of its digits (in base
10
) equal to
1999
?
(1999 United Kingdom Mathematical Olympiad)
Solution.
(a) Let
f
(
n
)
=
3
n
2
+
n
+
1. When
n
=
8, the sum of the digits of
f
(
8
)
=
201 is 3. Suppose that there were some
m
such that
f
(
m
)
had a smaller
sum of digits. Then the last digit of
f
(
m
)
must be either 0, 1, or 2. Because
f
(
n
)

1
(
mod 2
)
for all
n
,
f
(
m
)
must have units digit 1.
Because
f
(
n
)
can never equal 1, this means we must have 3
m
2
+
m
+
1
=
10
k
+
1 for some positive integer
k
, and
m
(
3
m
+
1
)
=
10
k
. Because
m
and 3
m
+
1
are relatively prime, and
m
<
3
m
+
1, we must have either
(
m
,
3
m
+
1
)
=
(
1
,
10
k
)
,
which is impossible, or
(
m
,
3
m
+
1
)
=
(
2
k
,
5
k
)
. For
k
=
1, 5
k
=
3
·
2
k
+
1; for
k
>
1, we have
5
k
=
5
k

2
·
25
>
2
k

2
·
(
12
+
1
)

3
·
2
k
+
1
.
Therefore,
f
(
m
)
cannot equal 10
k
+
1, and 3 is indeed the minimum value for
the sum of digits.
(b) Consider
n
=
10
222

1. Then
f
(
n
)
=
3
·
10
444

6
·
10
222
+
3
+
10
222
.
Thus, its decimal expansion is
2 9
. . .
9
221
5 0
. . .
0
221
3
,
and the sum of digits in
f
(
10
222

1
)
is 1999.
Problem 4.2.12.
Consider the set A of all positive integers n with the following
properties: the decimal expansion contains no
0
, and the sum of the (decimal)
digits of n divides n.



Download 1,87 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   92   93   94   95   96   97   98   99   ...   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