Условия про НОД и НОК
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите наибольшее значение выражения
на множестве натуральных чисел. При каком оно достигается?
Подсказка 1
Числа n+2 и n+9 это же достаточно близкие числа, при этом их разность равна 7. Что тогда можно сказать про их НОД?
Подсказка 2
Да, их НОД либо равен 1, либо равен 7. Обозначим его за d. Какая замена тогда просится, если у нас есть НОК и НОД одних и тех же чисел?
Подсказка 3
Ну конечно, замена НОК(a,b)=ab/НОД(a,b). Тогда наше выражение принимает понятный вид. Осталось исследовать функцию, которая получается делением нашего выражения на d^2 и понять, где она принимает максимальное значение.
Подсказка 4
Да! В точке 12. А что еще принимает максимальное значение в точке 12? Поймите это и получите ответ!
Обозначим Так как
и
делятся на
то их разность
делится на
Тогда
или
Как известно, откуда выражение из условия принимает вид
Поскольку может принимать значения только двух констант:
или
то нам достаточно будет максимизировать
функцию
Эта функция определена уже при всех действительных , потом учтём, что у нас было натуральное
. Для максимизации посмотрим
на её производную:
Производная при имеет ровно одну точку экстремума
(это кстати натуральное число), которая является
точкой максимума, потому является глобальным максимумом при
А ещё удачным образом при
имеем
— также принимает максимальное значение, потому при
достигает максимума и функция
Равен этот
максимум
при
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Сколько существует пар натуральных чисел , у которых
, а
? (пары
неупорядоченные, то есть
и (
считайте одинаковыми)
Среди всех таких пар укажите ту, для которой принимает минимально возможное значение, и найдите это значение.
Источники:
Подсказка 1
Вспомним основную теорему арифметики - из нее следует, что НОК и НОД это взятие соответственно максимума и минимума по степеням простых множителей в наших двух числах. У наших чисел всего максимум 4 вида простых множителей -2,3,5,7. Попробуйте с этим знанием понять, какие степени этих множителей могут быть в наших числах.
Подсказка 2
Например, в 12 двойка входит во 2 степени, а в 17640 в 3. Тогда получаем min(степень 2 в первом числе, степень 2 во втором числе}= 2,max = 3. Попробуйте применить аналогичное рассуждение к остальным делителям и посчитать количество вариантов!
Подсказка 3
Подумаем о минимальной сумме: Мы знаем, что из основной теоремы арифметики следует, что a⋅b= НОК (a,b)⋅НОД(a,b)= 12⋅17640! Тогда мы знаем произведение чисел. Давайте попробуем понять, когда сумма двух чисел минимальна, если произведение фиксировано!
Подсказка 4
Это происходит, когда числа максимально близки друг к другу! Например, 4*5 = 20 = 10*2, то 4+5 < 2+10. Для того, чтобы строго это доказать, можем обратить к производной этого выражения. Осталось подобрать числа, которые будут максимально близки, при этом давать в произведении 12*17640! И проверку не забыть :)
Из основной теоремы арифметики следует, что и
двух чисел можно рассматривать как взятие соответственно максимума и
минимума по степеням простых множителей в этих двух числах. Пусть
— степени соответствующих простых в числе
. Пусть
— степени соответствующих простых в числе
.
Поскольку , то получаем
, то есть для степеней двоек есть два случая
,
которые мы считаем одним. Для степеней троек аналогично получаем
, для остальных действуем полностью
аналогично. В итоге получается
случаев. В условии написано, что пары
неупорядоченные, т.е.
, поэтому общее
число пар должно быть уменьшено вдвое.
Для поиска наименьшей суммы приведём два способа:
Первый способ.
Из основной теоремы арифметики следует, что . По неравенству о средних при фиксированном
произведении чисел их сумма тем больше, чем больше одно число отличается от другого (сумма вида
, производная которой
равна
возрастает при
). Поэтому нам нужно найти максимально близкое значение к корню из этого
произведения.
это общий НОД, так что остаётся составить из имеющихся множителей ближайшее к
число.
Второй способ.
Просто сделаем полный перебор для этих восьми пар, чтобы быстро посчитать и забрать свои баллы за задачу
Осталось выбрать наименьшую сумму и выписать ответ.
пар, наименьшее значение суммы равно
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Про натуральные числа известно, что
Верно ли, что какие-то два числа
равны?
Первое решение. Предположим, что все числа разные. Без ограничения общности можно считать, что Заметим, что
то есть
С другой стороны
поэтому равенство невозможно.
Второе решение. Предположим, что все числа различны. Пусть — наибольший из трёх НОДов, при этом
Из второго
равенства получаем
Что противоречит максимальности.
Верно
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Олег выписал на доску несколько составных натуральных чисел, меньших Оказалось, что наибольший общий делитель любых двух
из них равен
Какое наибольшее количество чисел мог выписать Олег?
Простые числа, меньшие , назовём маленькими. Таких чисел ровно 12 : это
Заметим, что у каждого числа Олега есть маленький делитель (иначе оно было бы не меньше ), а также у разных чисел
разные маленькие делители (иначе НОД этих чисел был бы больше 1). Значит, чисел у Олега не меньше, чем всего маленьких чисел, т.е. не
меньше 12.
Пример на 12 чисел строится легко: это числа
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что существует набор натуральных чисел для которых
Источники:
Подсказка 1
Для каких чисел удобно находить НОК?
Подсказка 2
Для наборов, в которых много единичек!
Подсказка 3
Можно сделать все числа, кроме одного, сделать единицами. Попробуем из равенства подобрать оставшееся!
Возьмём
Тогда
и
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Пусть — натуральные числа. Могут ли наибольшие общие делители пар чисел
и
и
и
равняться
,
и
соответственно?
Источники:
Подсказка!
Мы знаем интересное свойство факториала - он делится на все числа до него. То есть все наши факториалы делятся на 2, 3, 4.... до 30! Попробуйте рассмотреть числа по какому-нибудь полезному модулю
Очевидно, что каждый факториал кратен При этом
и
делятся на
откуда
все кратны
Но тогда
должно делиться на
что неверно, поскольку
нет
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Докажите, что дробь несократима для всех натуральных значений
и
Источники:
Подсказка 1
Мы знаем, что дробь a/b несократима тогда и только тогда, когда НОД(a, b)=1. Пусть a=m(n+1)+1, b=m(n+1)-n. Какой алгоритм мы должны проделать, чтобы найти НОД(a, b)?
Подсказка 2
Конечно, алгоритм Евклида! Получается, что наш НОД равен НОД(n+1, m(n+1)-n). Видно, что m(n+1)-n имеет остаток 1 при делении на n+1. Подумайте, когда такое может быть, и завершите доказательство!
Предположим, что это не так. Тогда разность между числителем и знаменателем, равная делится на их общий делитель
Тогда
делится на
Противоречие.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
На доске написано различных натуральных чисел. К каждому из этих чисел прибавили НОД всех остальных. Могло ли среди
чисел, полученных в результате этих действий, оказаться три одинаковых?
Подсказка 1
Предположим, что могло! Значит были изначально какие-то три числа (a < b < c), превратившиеся в одинаковые. Что можно сказать про НОД, которые к ним прибавили?
Подсказка 2
Поняли, что добавленный к a НОД — делитель c - b! Какую оценку тогда можно сделать?
Подсказка 3
Получим, что a + НОД < c!
Предположим, что числа написанные изначально на доске, превратились в три одинаковых числа. Заметим, что НОД,
прибавленный к числу
, является делителем чисел
и
а значит, и их разности
Следовательно, он не превосходит
а
значит, заведомо меньше разности
После прибавления этого НОДа к
получилось число, меньшее
и оно не могло совпасть с
числом, полученным из
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Найдите все такие пары натуральных чисел и
, что
и докажите, что других нет.
Источники:
Подсказка 1
Давайте сразу обратим внимание на число 19 в правой части. Нам повезло — оно простое! Тогда хорошо бы задуматься о делимости.
Подсказка 2
Ага, d — это наименьший делитель a и b, а значит, и нок на него делится. Какой тогда вывод про d отсюда можно сделать?
Подсказка 3
Верно, так как тогда и 19 должно делиться на d, а оно простое, то d равен либо 1, либо 19. Теперь осталось только аккуратно разобрать два случая. Не забудьте, что если d равен 19, то a и b минимум равны 19.
Обозначим за наибольший общий делитель чисел
и
. Очевидно, что и НОД, и НОК делятся на
. Это означает, что
тоже делится на
. Тогда
может быть равен только
или
.
Если , то тогда
. Отсюда, небольшим перебором, получаем, что
и
могут быть равны
,
,
,
.
Если же , то тогда
. С одной стороны и
, и
не меньше чем
, поэтому они оба хотя бы
. С другой стороны они оба не больше чем
. Причём оба числа должны делиться на
. То есть
и
могут быть
только числами
или
.
,
,
,
,
,
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
В таблице расставлены
различных натуральных чисел. Для каждой строки и каждого столбца таблицы нашли наибольший
общий делитель расположенных в нем чисел. Оказалось, что все найденные восемь чисел различны. Для какого наибольшего
можно
утверждать, что в такой таблице найдется число не меньше
Источники:
Подсказка 1
Давайте для начала удобно переформулируем условие задачи. Если все НОДы различные, то какое наименьшее значение оно может принимать?
Подсказка 2
Верно, так как столбцов и строк в сумме 8, то и наименьшее значение НОДа равно 8. Давайте теперь посмотрим на одну строку или столбец, и пусть НОД чисел равен d. Тогда какое наименьшее число может быть в этой строке?
Подсказка 3
Ага, так как все числа различны, то и наименьшее число будет хотя бы 4d. Тогда совмещая эти два условия, находим, какое в принципе наименьшее число возможно на доске. Это 32. Теперь вспомним, что различные числа у нас расставляются произвольно. Поэтому осталось только придумать пример, в котором все числа будут не больше 32. То есть это будет вашим контрпримером, что больше 32 число взять нельзя. Победа!
Если в каком-то ряду наибольший общий делитель равен то в нем есть четыре числа, делящихся на
a, значит,
число, не меньшее, чем
Поскольку наибольшие общие делители во всех рядах различны, один из них заведомо не
меньше
Тогда в соответствующем ему ряду должно быть число, не меньшее
Приведем теперь пример таблицы, в
которой все числа не больше
Наибольшие общие делители по строкам равны
и
а по столбцам равны
и
5 | 10 | 15 | 20 |
30 | 6 | 18 | 12 |
7 | 14 | 21 | 28 |
8 | 16 | 24 | 32 |
Замечание. Наибольшие общие делители заведомо должны быть числами от до
а ряды с НОДами
и
должны быть составлены из тех чисел, которые стоят в соответствующих рядах в таблице из примера (возможно в другом
порядке).
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Известно, что
и
— натуральные числа,
Чему может равняться Введите все возможные варианты в порядке возрастания через пробел.
Источники:
Подсказка 1
Попробуйте сначала разложить на простые множители числа, которым равны НОК(a,b) и НОК(b,c). Какое разложение могли бы иметь числа a, b, c?
Подсказка 2
НОК(a,b) = 3^3 * 5 * 7, НОК(b,c) = 3 * 5^2 * 7. Тогда a делится на 3^3. А что можно сказать про c? На какие числа делится НОК(a,c)?
Подсказка 3
НОК(a,c) делится на 3^3 * 5^2. Заметим, что НОК(a,b,c) делится на все 3 числа: НОК(a,b), НОК(b,c), НОК(a,c). Тогда НОК(a,b,c) делится 3^3 * 5^2 * 7. Каким тогда может быть НОК(a,c)?
Разложим числа на простые множители, так как встречается только в
следовательно
аналогично получаем, что
Заметим, что
Учитывая три факта:
например, при
или
например, при
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Какое количество натуральных чисел обладает следующим свойством: “Наименьшее общее кратное чисел
,
и
равняется
”?
Источники:
Подсказка 1
Разложите числа на простые множители и вспомните, как представляется НОК через эти множители.
Подсказка 2
Верно, он содержит в себе все самые большие степени вхождения простых множителей. Какие множители ОБЯЗАНО иметь число а, а какие МОЖЕТ? Когда это узнаем, то поймем, что для любого простого р1 мы можем взять все степени простого р2, правило умножения :)
Если , то в числе
может быть любая степень двойки от
до
, любая степень пятёрки от
до
,
обязательно первая степень тройки для того, чтобы она появилась в
и больше никаких простых чисел, так как их нет в числе
Всего получается вариантов составления числа из множителей.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Какие значения может принимать наибольший общий делитель натуральных чисел и
если при увеличении числа
на
он
увеличивается в
раза?
Подсказка 1
Ага, нам в условии даны НОДы, значит, нужно смотреть на делители чисел, для которых мы знаем НОД. Обратите внимание, что m делится на d, а m + 6 делятся на 4d. Подумайте, как с помощью этого мы можем оценить d.
Подсказка 2
m и m + 6 делятся на d, следовательно, их разность тоже делится на d. Какие значения может принимать d?
Подсказка 3
Не забудем про то, что m + 6 и n делятся на 4, значит, m и n – четные. Что тогда можно сказать про d?
Подсказка 4
d – четное натуральное число, которое является делителем числа 6. Осталось найти пример на d = 2 и d = 6.
Пусть
Значит, на число делятся числа
а следовательно и их разность
Поэтому возможны лишь следующие
случаи:
Так как числа делятся на
то числа
и
— четные, значит, число
тоже чётное. Следовательно,
или
Привидём примеры для этих двух случаев.
При должно быть
Этим условиям удовлетворяет, например, пара
При должно быть
Этим условиям удовлетворяет, например, пара
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Натуральные числа ,
и
таковы, что
и
. Найдите
.
Подсказка 1
Сразу же раскладываем результат НОКов на степени простых чисел, потому что именно они влияют на НОК, заметьте, что НОК от двух чисел обязательно говорит о том, что какая-то степень простого точно содержится хотя бы в одном из двух чисел, а ещё, что "a" участвует аж в двух известных нам произведениях, может стоит вести рассуждения про него?
Подсказка 2
Посмотрите, на то, что в одном НОКе есть простое число в большей степени, чем в другом, в каком тогда числе оно содержится?
Подсказка 3
Точно не в "a", потому что иначе оба НОКа содержали бы его, так мы понимаем, что именно "b" делится на 3², подумайте, а в каком числе содержится 2³?
Подсказка 4
Верно, в "c", а что мы можем сказать про 5? До этого мы получали необходимые условия, которые как-то фиксировали наши выражения, если же мы не сможем найти новые условия, то может стоит найти примеры, которые подтверждают то, что наши случаи возможны, а если перебрать все такие, то наша задача станет решена!
Разложим все НОКи:
Тогда из первого НОКа мы понимаем, что или
содержит в своем разложении
. Если
кратно
, то
должен быть тоже кратен
, но это не так. Тогда именно
содержит в своем разложении
.
Аналогично поймем, что входит в разложение
.
Теперь мы уже знаем, что содержит
и
.
может содержать еще 5 (именно в первой степени).
Приведем примеры для и
:
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
Последовательность натуральных чисел такова, что
для всех Докажите, что
для всех
Источники:
Подсказка 1:
Глобально в этой задаче нужно просто поиграться с НОДами. Попробуйте рассмотреть НОДы чисел с какими-то интересными индексами.
Подсказка 2:
Например, если рассмотреть НОД членов с индексами i, 2i, станет ясно, что aᵢ ≥ i.
Подсказка 3:
А теперь, предположив, что aᵢ > i, попробуйте рассмотреть НОД такой пары, который с одной стороны равен одному числу, а с другой стороны - другому.
Так как каждое делится на НОД
НОД
, то
для всех
Предположим, что
при некотором
Тогда, с одной стороны, НОД
НОД
(так как
делится на
), а с другой стороны, поскольку
делится на
то НОД
Противоречие.
Ошибка.
Попробуйте повторить позже
(a) Пусть и
Тогда, поскольку
и
делятся на
то и
делится на
то есть
поскольку является общим делителем
и
Аналогично
то есть они равны. Что и требовалось
доказать.
(b) Пусть и
(ясно, что
и
делятся на
Тогда
и
— целые числа по определению
Значит,
Аналогично
и
— целые, поэтому
то есть
что и требовалось доказать.