Тема . Делимость и делители (множители)

Количество, сумма, произведение делителей

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела делимость и делители (множители)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#76579

При каком наименьшем n  все натуральные делители числа n  можно поделить на три группы, суммы в которых равны? Если группа состоит из одного числа, то сумма чисел в этой группе равна этому одному числу.

Источники: Турнир Ломоносова-2022, 11.4

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Вспомните для начала, как считать сумму делителей числа, или выведите. Это несложно. Давайте подумаем в общем о природе групп. Какая может быть минимальная сумма делителей у одной группы?

Подсказка 2

Верно, так как в какую-то группу попадёт число n, а это делитель n, то сумма должна быть равна минимум n. Тогда о каком примере можно подумать? Попробуйте перебрать не слишком большие числа, где сумма делителей будет хотя бы 3n.

Подсказка 3

Да, это число 120, сумма его делителей 360. Поэтому у нас получатся группы (120), (40, 20, 60) и в последней группе остальные числа. Отсюда получается и идея для доказательства оценки. Если число будет меньше 120, то сумма его делителей будет меньше 3n. Как тогда можно оценить самым грубым образом сумму делителей в общем виде?

Подсказка 4

Верно, если предположить, что геометрическая прогрессия бесконечная, то это запишется просто как n на произведение дробей вида p/p-1. Как можно оценить сколько простых делителей входит в n при наших условиях?

Подсказка 5

Да, давайте просто переберём все наши возможности. Это когда n просто степень простого числа, когда n произведение двух степеней простых. Рассмотрев ещё, что будет происходить с 3 делителями или больше, получим, что n содержит ровно 3 простых делителя. А можем ли мы сказать, из каких точно делителей должно состоять n?

Подсказка 6

Верно, маленьким перебором получится, что n представляется в одном из трёх видов 2*3²*p, 2²*3*p, 2*3*p, где p простое число. Теперь только осталось разобрать их, и мы получим оценку на число 120. Победа!

Показать ответ и решение

Заметим, что 120 =23⋅3⋅5,  поэтому сумма всех делителей числа 120  равна (1+2 +4+ 8)(1+ 3)(1+ 5) =15⋅4⋅6= 360.  Поэтому нам надо поделить делители в группы с суммой 120.  Подойдут группы {120} , {20,40,60} и все оставшиеся числа.

Докажем теперь, что делители чисел меньше 120  нельзя поделить на три группы с равной суммой. Для этого докажем, что если n  меньше 120,  то сумма делителей числа n  меньше 3n.  Поскольку у n  всегда есть делитель, равный n,  то сумма в одной группе должна быть хотя бы n,  на этом и будет построено противоречие.

Вспомним, что сумма делителей числа     α1α2   αs
n= p1 p2  ...ps  равняется

     (                )(                )  (                 )
σ(n)=  1+ p1 +p21+ ...+ pα11  1+ p2+p22+ ...+ pα22 ...1+ ps+ p2s +...+ pαss

Следовательно

      (    1       1 )   (   1        1 )   (    1    )
σ(n)= n 1 +p1 +...+ pα11  ... 1+ ps + ...+ pαss < n 1 +p1 +... ...

  (         )
... 1+ 1-+ ... = n⋅--p1-...-ps--
      ps         p1− 1   ps− 1

В неравенстве мы заменили конечную сумму геометрической прогрессии на бесконечную.

Пусть теперь n  — некоторое число. Если у n= pa,  то

       --p-
σ(n)< n⋅p− 1 ≤2n< 3n,

поскольку число  p       1
p−-1 = 1+ p−1  тем больше, чем меньше p.

Аналогично, если n =pa⋅qb,  то

         p   q      2    3
σ(n)< n⋅p−-1q−-1 ≤n2-− 1 ⋅3− 1-= 3n

Итак, если σ(n)≥3n,  то в разложение n  входит хотя бы 3 простых числа. Поскольку уже 2 ⋅3 ⋅5 ⋅7 =  210> 120,  то нас интересуют лишь n,  в разложении которых ровно три простых числа.

Если среди этих простых чисел нет 2:  если среди них нет и 3,  то n ≥ 5 ⋅7 ⋅11 >120,  значит 3  есть; если нет 5,  то n ≥3⋅7⋅11> 120,  значит и 5  есть; если нет 7,  то n≥ 3⋅5⋅11 >120,  значит и 7  есть. Тогда n =3⋅5⋅7= 105  (добавление ещё одного простого сделает n  больше 120  ), сумма делителей которого равна (1 +3)(1+ 5)(1+ 7)=192< 315.  Значит, n  обязательно делится на 2.

Пусть третий простой делитель p.  Заметим, что 2⋅3⋅p≥ 30;  поскольку мы ищем n< 120,  то домножить 2⋅3⋅p  мы можем максимум на 3.  Итак, получили всего немного вариантов: или n =2 ⋅32⋅p  , или n =22⋅3⋅p  , или n =2 ⋅3 ⋅p.

В первом случае при p≥ 7  получаем n ≥ 126,  при p =5  получаем n =90,  а

σ(90) =(1+ 2)(1+3 +9)(1 +5)= 234 <270

Во втором случае,

σ(n)= (1 +2+ 4)(1+ 3)(1+ p)=n ⋅ 7⋅ 4 ⋅ p+1
                            4 3   p

Если σ(n)≥ 3n,  то

p+-1≥ 9
 p    7

Отсюда p< 5,  что неверно.

Аналогично, в третьем случае

σ(n) =(1+ 2)(1+ 3)(1+p)= n⋅ 3 ⋅ 4⋅ p+-1
                        2  3   p

Отсюда p+1
 p  должно быть хотя бы 3
2,  что неверно при p≥ 5.

Ответ: 120

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!