Rekommenderad från: 15 år
[kkratings]
Det finns ett naturligt tal m, sådant att talet 2m har siffersumma 8. Kan sista siffran i talet 2m vara lika med 6?
Svar:
Det kan den inte! Jag har fått in tre stycken olika lösningar, så det är bara att välja och vraka.
För att kunna förstå lösningarna är det bra att kunna:
moduloräkning
Om två tal har lika rester vid division med ett och samma tal n, så säger man att de talen är kongruenta modulo n.
Till exempel så är talen 3 och 11 kongruenta modulo 4 eftersom båda ger rest 3 när man dividerar med 4. Även talet -1 är kongruent med 3 modulo 4.
Man kan också skriva 3 11 (mod 4)
delbarthetsprincipen för 3
Ett heltal är delbart med 3 om och endast om dess siffersumma är delbar med 3. Man kan också vara fancy och säga att ett tal är delbart med 3 om och endast om talets siffersumma är kongruent med 0 modulo 3.
Till exempel så är talet 450072456 inte delbart med 3, eftersom siffersumman är 4+5+0+0+7+2+4+5+7=34 och det talet går inte att dela jämnt på 3.
delbarthetsprincipen för 9
Liknar faktiskt delbarthetsprincipen för 3. Ett heltal är delbart med 9 om och endast om dess siffersumma är delbar med 9.
Till exempel så är talet 1111000011111 delbart med 9, eftersom siffersumman är lika med 9.
Det är även så att ett godtyckligt tal och dess siffersumma alltid ger samma rest vid division med 9, det vill säga det är kongruenta modulo 9.
Lösning 1 (den officiella):
Vi konstaterar att de första tvåpotenserna är 2, 4, 8, 16 och 32, samt att inget av dessa uppfyller kriterierna. Dock måste alla kandidater vara jämnt delbara med dessa tal.
Om ett tal har siffersumman 8 och slutar på 6 finns två möjligheter:
a) Talet har formen 2*10k + 6 för något k>=1 (dvs 26, 206, 2006, osv.)
26 (=2*13) är inte en tvåpotens, alltså måste k>=2, men alla andra tal på formen
2*10k är delbara med 8, medan 6 inte är delbart med 8. Således blir talet som
helhet (2*10k + 6) ej delbart med 8. Vi kan alltså helt utesluta denna möjlighet.
b) Talet har formen 1*10k + 1*10n + 6 för något k>n>=1 (dvs på formen 100..0100…06)
6 är inte delbart med 4, så resten får inte heller vara det, om summan skall vara delbart med 4. Det enda n sådant att 10n inte är delbart med 4 är n=1 (k kan inte vara så litet). Alltså måste talet ha formen 1*10k + 16.
Vi ser dock på samma sätt att 16 inte är delbart med 32, så det får inte 10^k heller vara. För alla k>=5 är 10k jämnt delbart med 32, så dessa förkastas.
Man kan nu pröva de återstående lösningarna (10016, 1016, 116) var och en, men närmare bestämt är 16 16 i modulo 32, så 10k måste vara lika med 32-1616 (mod 32). Det enda k som uppfyller detta är k=4, vilket ger 10016 = 25 * 313, som på intet vis är en tvåpotens. För säkerhets skull kan konstateras att 1016=23*127 och 116=22*29.
Lösning 2 (den med perioder):
Att siffersumman av 2m 8, kräver att 2m är kongruent med 8 modulo 9.
Att 2m slutar på 6, kräver att 4|m. Detta ser man genom att helt enkelt
göra en tabell av potenser av 2, och ser att den har period 4, om man bara
betraktar sista siffran.
2, 4, 8 (1)6, (3)2,(6)4, (12)8, (25)6,…
Så, vi undrar egentligen om det finns heltal k, så att 24k 8 (mod 9).
Ekvivalent med att
16k 8 (mod 9)<=>
7k 8 (mod 9) (*)
Nu,
71 7 (mod 9)
72 4 (mod 9)
73 1 (mod 9)
och nu har vi nått 1, så denna sekvens kommer upprepa sig om och om igen.
Alltså kan högerledet aldrig bli 8, och (*) kan ej lösas. Att (*) ej kan lösas
implicerar att 2m ej kan sluta på 6 och samtidigt ha siffersumma 8.
Lösning 3 (den snygga):
Antag att ett sådant tal finns. Notera att 2k endast slutar på 6 om k är jämnt (t.o.m delbart med 4, men jämnt räcker).
Då har 2k-1 siffersumma 7 och är inte delbart med 3. Men k=2n så
22n-1=(2n-1)(2n+1).
Märk att talen 2n-1, 2n och 2n+1 är tre stycken på varandra följande, så något utav dessa måste vara delbar med 3. Men det kan inte vara 2n, eftersom det är en tvåpotens.
Någon av faktorerna i uttrycket är således delbar med 3 och vi får motsägelse.