На доске написано 10 натуральных чисел, среди которых нет одинаковых. Оказалось, что среднее арифметическое любых четырех или семи чисел из записанных является целым числом.
а) Могут ли среди записанных на доске чисел одновременно быть числа 567 и 1414?
б) Может ли одно из записанных на доске чисел быть квадратом другого, если среди записанных на доске чисел есть число 567?
в) Известно, что среди записанных на доске чисел есть число и его квадрат Найдите наименьшее возможное значение
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение:
Вспомним определение: среднее арифметическое набора из чисел равно их сумме , делённой на количество . Отсюда сумма , где — среднее арифметическое.
Пусть в наборе есть произвольные числа. Выберем любые три числа и добавим к ним четвёртое число . По условию, их среднее арифметическое — целое число . Тогда:
Если же вместо мы возьмём другое число из набора , то получим:
, где — также целое число.
Вычитая одно равенство из другого, находим: .
Это означает, что разность любых двух элементов набора обязана быть кратна 4. Проведя аналогичные рассуждения для групп из 7 чисел, получим, что разность любых двух чисел набора должна делиться и на 7. Следовательно, разность любых двух чисел в наборе делится на .
а) Проверим, могут ли в наборе присутствовать числа 1414 и 567. Найдём их разность: . Число 847 не является кратным 4 (так как 844 делится на 4, а 847 — нет). Значит, такая ситуация невозможна.
б) Рассмотрим число 567. При делении на 4 оно даёт остаток 3 (). Поскольку разность любых чисел набора кратна 4, все числа в наборе должны иметь вид . Однако известно, что квадраты целых чисел при делении на 4 могут давать только остатки 0 или 1. Таким образом, число в наборе не может быть квадратом целого числа. Ответ: нет.
в) Пусть в наборе различных натуральных чисел. Так как разность любых двух из них делится на 28, их можно представить как . Минимальная разность между самым большим и самым маленьким числом при наличии элементов составит .
По условию, среднее арифметическое всех чисел должно быть целым, то есть их сумма должна делиться на .
Заметим, что разность любых двух чисел делится на 28. Это значит, что все числа имеют одинаковый остаток при делении на 28. Пусть это числа . Их сумма . Чтобы делилось на , необходимо, чтобы делилось на .
В простейшем случае, если мы возьмём числа , их сумма будет . Такая сумма всегда делится на .
Однако условие должно выполняться для любых 4 и 7 чисел. Это накладывает условие на : чтобы можно было выбрать такие группы, должно быть не меньше 7.
Если , то сумма любых 4 чисел должна делиться на 4. Пусть числа . Сумма четырёх: . Она всегда делится на 4.
Сумма семи: . Она всегда делится на 7.
Чтобы все числа были различными, минимальное должно позволять выполнять условия задачи. Проверим . Для условие кратности разности 28 сохраняется.
Пример для : возьмём числа с шагом 28, например: . Любые 4 числа дадут сумму, кратную 4, и любые 7 — кратную 7.
Минимальное , удовлетворяющее условию возможности выбора групп по 4 и по 7, — это 8 (так как в условии сказано "любых 4" и "любых 7", что подразумевает наличие хотя бы 7+1 элементов для нетривиальности, хотя формально достаточно . Но при "любые 7" — это только весь набор). Перебор показывает, что наименьшее подходящее .
Ответ: а) нет б) нет в) 8
Источник: ФИПИ