Тема . ТЕОРИЯ ЧИСЕЛ

Метод спуска, индукция и последовательное конструирование в ТЧ

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела теория чисел
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#89086

Дано натуральное число a .
 1  Для каждого натурального i  число a
 i+1  получается так: a
 i  умножают на 52021  , каждую цифру десятичной записи произведения заменяют её остатком при делении на 2,  и получившуюся последовательность цифр рассматривают как двоичную запись ai+1.  Докажите, что aN = aN+22021  при всех достаточно больших N.

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Как доказывать периодичность? Вообще не очень понятно, поэтому предлагается доказать, что целая часть при делении a_i на 2^2021 стабилизируется. Более того целая часть будет нулем или единицей. Как после этого можно доказать, что остаток будет периодичен?

Подсказка 2

В задаче активно фигурирует двоичная запись числа, поэтому разумно остаток представить в двоичной записи. Так как остаток меньше 2^2021, то слагаемых будет не больше 2021. Как можно доказать, что они периодичны с периодом 2^2021?

Подсказка 3

Давайте доказывать наше предположение по индукции. Начните с последних разрядов, докажите, что слагаемое, помноженное на a_i, периодично с периодом равным 2^i. Примените предположение для всех меньших и решите задачу.

Показать доказательство

Обозначим операцию замены всех цифр числа n  в десятичной записи их остатками при делении на 2  и рассмотрения последовательности цифр, как двоичную запись, за f(n).  Т.е.       ( 2021 )
ai+1 = f 5  ai .

Пусть        2021
ak =bk⋅2   + ck,  где         2021
0 ≤ck < 2  ,bk  и ck  — целые числа. Докажем для начала, что начиная с некоторого N  число  bk  перестаёт меняться и равняется 0  или 1.  Действительно,  2021        2021   2021
5   ak = bk ⋅10  + 5   ⋅ck,  причём  2021       2021
5   ⋅ck < 10 ,  т.е. цифры (в десятичной записи) чисел  2021
5   ⋅ck  и      2020
bk⋅10  не влияют друг на друга. Отсюда следует, что             2021    2021
f(ak)=f(bk)⋅2   + f(5   ⋅ck),  причём    2021      2021
f(5   ⋅ck)< 2   ;  заметим теперь, что f(n)< n  для всех n  кроме 0  и 1,  а f(0)= 0  и f(1)= 1;  значит, начиная с некоторого момента bk  стабилизируется.

Докажем теперь, что последовательность ck  периодична с периодом  2021
2   .  Пусть

    ----------------
ck = dk,2020dk,2019...dk,02 = 22020⋅dk,2020+ ...+ 21 ⋅dk,1 +20⋅dk,0

т.е. посмотрим на двоичную запись числа ck.  Докажем, что dk,i  периодична с периодом i
2.  Доказывать будем индукцией по i.  Для i= 0  утверждение следует из того, что  2021
5  нечётно, поэтому ck  остаётся всегда одной чётности, поэтому dk,0  не меняется. Теперь докажем переход от всех чисел, меньших i,  к i.

2021    ( 2021          2022−i   i−1      )
5   ⋅ck = 5   ⋅dk,0+ ...+ 5    ⋅10  ⋅dk,i−1 +                (                                   )
                                         + 52021− i⋅10i⋅dk,i+ 52020−i⋅10i+1⋅dk,i+1 +...+ 5⋅102020⋅dk,2020

Заметим, что выражение ( 2020−i  i+1               2020      )
 5     ⋅10   ⋅dk,i+1+ ...+ 5⋅10   ⋅dk,2020 не влияет на последние i+1  цифру числа  2021
5   ⋅ck,  а значит не влияет и на dk+1,i.  По предположению индукции числа

(2021          2022−i  i−1     )
 5   ⋅dk,0+...+5     ⋅10   ⋅dk,i− 1

а с ним и переносы в i  -й разряд, периодичны с периодом  i−1
2  ,  а, значит, при увеличении k  на  i
2  чётность dk,i  не изменится.

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!