Number Theory: Structures, Examples, and Problems


I Fundamentals, 9. Some Special Problems in Number Theory



Download 1,87 Mb.
Pdf ko'rish
bet74/125
Sana08.02.2022
Hajmi1,87 Mb.
#434761
1   ...   70   71   72   73   74   75   76   77   ...   125
Bog'liq
Titu Andreescu, Dorin Andrica Number Theory Str

I Fundamentals, 9. Some Special Problems in Number Theory
Solution.
Consider the possible values of
(
a
n
,
a
n
+
1
)
modulo 4:
a
n
0 1 2 3
a
n
+
1
3 0 3 2
No matter what
a
1
is, the terms
a
3
,
a
4
, . . .
are all 2 or 3
(
mod 4
)
. However,
all perfect squares are 0 or 1
(
mod 4
)
, so at most two terms (
a
1
and
a
2
) can
be perfect squares. If
a
1
and
a
2
are both perfect squares, then writing
a
1
=
a
2
,
a
2
=
b
2
we have
a
6
+
1999
=
b
2
or 1999
=
b
2

(
a
3
)
2
=
(
b
+
a
3
)(
b

a
3
)
.
Because 1999 is prime,
b

a
3
=
1 and
b
+
a
3
=
1999. Thus
a
3
=
1999

1
2
=
999,
which is impossible. Hence at most one term of the sequence is a perfect square.
Problem 9.3.18.
Determine whether there exists an infinite sequence of positive
integers such that
(i) no term divides any other term;
(ii) every pair of terms has a common divisor greater than
1
, but no integer
greater than
1
divides all the terms.
(1999 Hungarian Mathematical Olympiad)
Solution.
The desired sequence exists. Let
p
0
,
p
1
, . . .
be the primes greater than
5 in order, and let
q
3
i
=
6,
q
3
i
+
1
=
10,
q
3
i
+
2
=
15 for each nonnegative integer
i
. Then let
s
i
=
p
i
q
i
for all
i

0. The sequence
s
0
,
s
1
,
s
2
, . . .
clearly satisfies (i)
because
s
i
is not even divisible by
p
j
for
i
=
j
. For the first part of (ii), any two
terms have their indices both in
{
0
,
1
}
, both in
{
0
,
2
}
, or both in
{
1
,
2
}
(
mod 3
)
,
so they have a common divisor of 2, 3, or 5, respectively. For the second part, we
just need to check that no prime divides all the
s
i
. Indeed, 2
s
2
, 3
s
1
, 5
s
0
, and
no prime greater than 5 divides more than one
s
i
.
Problem 9.3.19.
Let a
1
,
a
2
, . . .
be a sequence satisfying a
1
=
2
, a
2
=
5
, and
a
n
+
2
=
(
2

n
2
)
a
n
+
1
+
(
2
+
n
2
)
a
n
for all n

1
. Do there exist indices p
,
q, and r such that a
p
a
q
=
a
r
?
(1995 Czech–Slovak Match)
Solution.
No such
p
,
q
,
r
exist. We show that for all
n
,
a
n

2
(
mod 3
)
. This
holds for
n
=
1 and
n
=
2 by assumption and follows for all
n
by induction:
a
n
+
2
=
(
2

n
2
)
a
n
+
1
+
(
2
+
n
2
)
a
n

2
(
2

n
2
)
+
2
(
2
+
n
2
)
=
8

2
(
mod 3
).
Let
p
,
q
,
r
be positive integers. We have
a
p
a
q

1
(
mod 3
)
, so
a
p
a
q
is
different from
a
r
, which is congruent to 2
(
mod 3
)
.


9.3. Sequences of Integers
193
Problem 9.3.20.
Is there a sequence of natural numbers in which every natural
number occurs just once and moreover, for any k
=
1
,
2
,
3
, . . .
the sum of the
first k terms is divisible by k?
(1995 Russian Mathematical Olympiad)
Solution.
We recursively construct such a sequence. Suppose
a
1
, . . . ,
a
m
have
been chosen, with
s
=
a
1
+ · · · +
a
m
, and let
n
be the smallest number not yet
appearing. By the Chinese remainder theorem, there exists
t
such that
t
≡ −
s
(
mod
m
+
1
)
and
t
≡ −
s

n
(
mod
m
+
2
)
. We can increase
t
by a suitably large
multiple of
(
m
+
1
)(
m
+
2
)
to ensure that it does not equal any of
a
1
, . . . ,
a
m
.
Then
a
1
, . . . ,
a
m
,
t
,
n
also has the desired property, and the construction ensures
that 1
, . . . ,
m
all occur among the first 2
m
terms.
Additional Problems
Problem 9.3.21.
Let
{
a
n
}
be a sequence of integers such that for
n

1,
(
n

1
)
a
n
+
1
=
(
n
+
1
)
a
n

2
(
n

1
).
If 2000 divides
a
1999
, find the smallest
n

2 such that 2000 divides
a
n
.
(1999 Bulgarian Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.22.
The sequence
(
a
n
)
n

0
is defined by
a
0
=
1,
a
1
=
3, and
a
n
+
2
=
a
n
+
1
+
9
a
n
if
n
is even
,
9
a
n
+
1
+
5
a
n
if
n
is odd
.
Prove that
(a)
"
2000
k
=
1995
a
2
k
is divisible by 20,
(b)
a
2
n
+
1
is not a perfect square for any
n
=
0
,
1
,
2
, . . .
.
(1995 Vietnamese Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.23.
Prove that for any natural number
a
1
>
1, there exists an in-
creasing sequence of natural numbers
a
1
,
a
2
, . . .
such that
a
2
1
+
a
2
2
+ · · · +
a
2
k
is
divisible by
a
1
+
a
2
+ · · · +
a
k
for all
k

1.
(1995 Russian Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.24.
The sequence
a
0
,
a
1
,
a
2
, . . .
satisfies
a
m
+
n
+
a
m

n
=
1
2
(
a
2
m
+
a
2
n
)
for all nonnegative integers
m
and
n
with
m

n
. If
a
1
=
1, determine
a
n
.
(1995 Russian Mathematical Olympiad)


194
I Fundamentals, 9. Some Special Problems in Number Theory
Problem 9.3.25.
The sequence of real numbers
a
1
,
a
2
,
a
3
, . . .
satisfies the initial
conditions
a
1
=
2,
a
2
=
500,
a
3
=
2000 as well as the relation
a
n
+
2
+
a
n
+
1
a
n
+
1
+
a
n

1
=
a
n
+
1
a
n

1
for
n
=
2
,
3
,
4
, . . .
. Prove that all the terms of this sequence are positive integers
and that 2
2000
divides the number
a
2000
.
(1999 Slovenian Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.26.
Let
k
be a fixed positive integer. We define the sequence
a
1
,
a
2
,
. . .
by
a
1
=
k
+
1 and the recursion
a
n
+
1
=
a
2
n

ka
n
+
k
for
n

1. Prove that
a
m
and
a
n
are relatively prime for distinct positive integers
m
and
n
.
Problem 9.3.27.
Suppose the sequence of nonnegative integers
a
1
,
a
2
, . . .
,
a
1997
satisfies
a
i
+
a
j

a
i
+
j

a
i
+
a
j
+
1
for all
i
,
j

1 with
i
+
j

1997. Show that there exists a real number
x
such
that
a
n

nx
for all 1

n

1997.
(1997 USA Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.28.
The sequence
{
a
n
}
is given by the following relation:
a
n
+
1
=
a
n

1
2
,
if
a
n

1
,
2
a
n
1

a
n
,
if
a
n
<
1
.
Given that
a
0
is a positive integer,
a
n
=
2 for each
n
=
1
,
2
, . . . ,
2001, and
a
2002
=
2, find
a
0
.
(2002 St. Petersburg City Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.29.
Let
x
1
=
x
2
=
x
3
=
1 and
x
n
+
3
=
x
n
+
x
n
+
1
x
n
+
2
for all
positive integers
n
. Prove that for any positive integer
m
there is an integer
k
>
0
such that
m
divides
x
k
.
Problem 9.3.30.
Find all infinite bounded sequences
a
1
,
a
2
, . . .
of positive inte-
gers such that for all
n
>
2,
a
n
=
a
n

1
+
a
n

2
gcd
(
a
n

1
,
a
n

2
)
.
(1999 Russian Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.31.
Let
a
1
,
a
2
, . . .
be a sequence of positive integers satisfying the
condition 0
<
a
n
+
1

a
n

2001 for all integers
n

1. Prove that there exists an
infinite number of ordered pairs
(
p
,
q
)
of distinct positive integers such that
a
p
is
a divisor of
a
q
.
(2001 Vietnamese Mathematical Olympiad)



Download 1,87 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   70   71   72   73   74   75   76   77   ...   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