Тема . ММО (Московская математическая олимпиада)

Многочлены на ММО

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела ммо (московская математическая олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#122406

Существует ли такой многочлен f(x)  с целыми коэффициентами и натуральные числа m  и n,  что f(m)  не делится на n,  но f (pk) делится на n  для любого простого числа p  и любого натурального k?

Источники: ММО - 2025, первый день, 11.4(см. mmo.mccme.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Если искомое существует, то нам нужно привести пример такого многочлена и чисел m и n и доказать для них выполнение условий. То есть, доказать, что значение многочлена в любой степени любого простого числа кратно n, и при этом существует значение, в котором многочлен не кратен n. Но сразу сказать про все простые числа сложно.. Давайте подумаем только про двойку! Каким должен быть многочлен и число n, чтобы его значение в любой степени двойки было кратно n?

Подсказка 2

Например, n может быть равно степени двойки! Пусть n это 2 в k-ой степени. А многочлен состоять из множителей вида (x-p). Подумайте, сколько должно быть таких скобочек с чётными и нечётными p, чтобы многочлен делился на степень двойки.

Подсказка 3

Верно, скобочек с нечетным p должно быть не меньше k! Аналогично для чётных, чтобы для в любой степени любого нечётного простого числа многочлен делился на 2 в k-ой степени. Теперь осталось поподбирать значения и найти подходящий пример! Не забудьте, что надо так же найти m!

Показать ответ и решение

Первое решение. Приведём несколько примеров таких многочленов. 1) Пусть

               2     5
f(x)= (x− 2)(x− 4) (x +1) , m =6, n = 32

Проверим, что f(6)  не делится на 32.  Действительно, f(6)= 4⋅22⋅75= 16⋅75  не делится на 32.  Теперь проверим, что f(pk)  делится на 32  для любого простого числа p  и любого натурального k.  Если pk = 2  или pk =4,  то многочлен тождественно равен   0.  Для pk = 2k,  где k ≥3,  имеем

   k    k     k   2 k   5     k−1     k−2    k    5
f(2 )=(2 − 2)(2 − 4) (2 + 1) =32(2 − 1)(2   − 1)(2 +1)

Наконец, если простое число p  нечётно (а значит, и pk  нечётно), то f(pk)  делится на 32,  так как при любом нечётном s= 2l− 1  значение f(s)  делится на (s+ 1)5 =(2l)5,  а значит, и на 32.

2) Пусть

      18     2   2
f(x)= x (3x− x)+ x − 3x, m =6, n = 27

Сначала проверим, что f(pk)  делится на 27  при всех простых p  и натуральных k.

Начнём со случая p =3.  Заметим, что первое слагаемое делится на 318,  а значит, и на 27.  Остаётся проверить, что x(x − 3)  делится на 27  для чисел вида 3k,  где k> 1.  При k = 1  и k =2  это проверяется непосредственно; при k> 3  число 3k(3k− 3)  также делится на 27.

Теперь проверим утверждение для простых чисел p⁄=3.  В этом случае pk  взаимно просто с n,  а значит, достаточно доказать утверждение ”  f(s)  кратно n  при любом s,  взаимно простом с n”.  Для этого заметим, что при всех таких s  по теореме Эйлера выполняется соотношение s18 = sφ(27) = 1 (mod 27),  а тогда x18(3x− x2)+x2− 3x= (3x− x2)+x2− 3x= 0 (mod 27).

Остаётся проверить, что f(6)  не делится на 27.  Для этого снова заметим, что число 618  делится на 27,  а число 62− 3 ⋅6 =18  не делится на 27.

Второе решение.

Пусть q >2  — простое, m = 2q, n= q3,  и пусть r1, r2,..., rt  — все не кратные q  натуральные числа, меньшие q3.  Положим

f(x)= x(x− q)⋅(x− r1)(x − r2)...(x − rt)

Действительно, тогда f(m)= q2⋅2⋅(2q− r1)(2q − r2)...(2q− rt)  не кратно q3.  При p ⁄=q  число pk  имеет остаток от деления на    q3,  не кратный q,  поэтому один из множителей в определении f(x)  будет кратен q3  при x= pk.  При p= q  и k> 2  уже число pk(pk − q)  будет кратно q3.  Наконец, при p= q, k =1  значение f(p1)= 0  делится на q3.

Ответ:

Существует

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!