Feladat: 1379. matematika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Bárány I. ,  Erdődy Gabriella ,  Fodor Magdolna ,  Gellért J. ,  Lipták J. ,  Rimóczy P. ,  Steiner Gy. ,  Surányi L. ,  Sükösd Csaba ,  Szörényi M. ,  Telegdi L. ,  Vesztergombi Katalin 
Füzet: 1966/április, 149 - 151. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Additív prímszámelmélet, prímdifferenciák, Euler-féle számelméleti függvény, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1965/március: 1379. matematika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I. Legyen u, v egy az első követelménynek megfelelő, relatív prím számpár, vagyis u+v=420. Ekkor u is, v is relatív prím 420-hoz, mert ha pl. u-nak és 420-nak volna 1-nél nagyobb közös osztójuk, az 420-u-nak, azaz v-nek is osztója volna.
Két olyan felbontást, mely a tagok felcserélésével egymásba megy át, nem tekintünk különbözőnek, ezért előírhatjuk, hogy uv, azaz u210 legyen.
Ezek szerint a keresett felbontások száma annyi, ahány a 420-hoz relatív prím szám van a 210-nél nem nagyobb természetes számok között. A továbbiakban természetes szám helyett röviden csak számot írunk. 420 prímtényezői 2, 3, 5 és 7, hozzá azok a számok relatív prímek, amelyek e négy prímszám egyikének sem többszörösei. Ezért u megfelelő értékeit úgy kapjuk, hogy felírjuk a számokat 210-ig, majd 2, 3, 5 és 7 többszöröseit áthúzzuk, kirostáljuk. Lesznek számok, amelyeket így többször is áthúzunk, pl. a 10 kétszer, a 2 és az 5 többszöröseként, a 210 pedig négyszer, mindegyik prímszámunk miatt.
Szorítkozzunk egyelőre 2 és 3 többszöröseinek áthúzására. Ilyen szám 210/2=105, ill. 210/3=70 van. A 6 többszöröseire azonban 2-2 áthúzás esik, számuk 210/6=35, ezek második áthúzásakor már nem új számot hagyunk el, így az eddig elhagyott számok száma 105+70-35=140, a 210-ből 70 szám marad.
5-nek 210-ig terjedő többszöröseit úgy kapjuk, hogy az 1,2,3,...,42 számokat szorozzuk 5-tel. Közülük nyilvánvalóan azokat találjuk áthúzatlanul, amelyek relatív prímek 2-höz is, 3-hoz is. Számuk az előző meggondolás mintájára 42-(21+14-7)=14, ennyi első ízbeni áthúzást végzünk, tehát már csak 56 szám marad.
Hasonlóan 7 többszöröseinek áthúzása során annyi számot húzunk át első ízben, ahány a 2, 3 és 5 számok mindegyikéhez relatív prím szám van 7-nek 1-től 210-ig terjedő többszörösei között. Ezeket 7-nek az 1,2,...,30 számokkal való szorzása útján kapjuk, így eddigi két meggondolásunkat kell ismételnünk 210 helyén 30-cal, majd 42 helyén 6-tal. A maradó számok száma előbb 30-(15+10-5)=10, az 5 miatt 6-(3+2-1)=2 számot mellőzve pedig 8.
Így u számára 56-8=48 érték marad vissza, ennyi kéttagú felbontása van 420-nak egymáshoz relatív prím összeadandókra.
II. A második követelménynek megfelelő u, v értékpárokat a fent előállítottakból kapjuk, elhagyva azokat, amelyeknek legalább egyik tagja nem törzsszám. Ilyen elsősorban az 1+419 felbontás, mert az 1 nem törzsszám. A további elhagyandók törzsszám osztói különböznek 2-től, 3-tól, 5-től és 7-től, másrészt legkisebb törzstényezőjük kisebb 420 négyzetgyökének egész részénél, 20-nál, tehát 11, 13, 17 és 19 valamelyike, végül csak két törzsszám összeszorzásával állhatnak elő, mert már 113>420. Ezek a következők:

 


112=121;1113=143;1117=187;1119=209;1123=253;1129=319;1131=341;1137=407;132=169;1317=221;1319=247;1323=299;1329=377;1331=403;172=289;1719=323;1723=391;192=361.

 


E 18 szám közül kettő egy párba tartozik: 121+299=420, így további 17 pár nem felel meg, összesen 18 felbontás marad el.
Ezek szerint 420 két törzsszám összegeként 30-féleképpen állítható elő.
Sükösd Csaba (Budapest, József A. g. IV. o. t.)
Fodor Magdolna (Makó, József A. g. III. o. t.)
 

Megjegyzés. Az I. részben végzett megszámlálási eljárás általában is használható. Ha pl. a p1, p2, p3 különböző törzsszámok mindegyike osztója az n számnak, akkor az n-nél kisebb és p1, p2, p3 mindegyikéhez relatív prím természetes számok száma
n(1-1p1)(1-1p2)(1-1p3).(1)
Ugyanis a p1, majd p2 többszöröseinek áthúzása után maradó számok száma
n-np1-(np2-np1p2)=n(1-1p1)-np2(1-1p1)=(2)=n(1-1p1)(1-1p2).


p3 többszöröseit az 1-szeresétől az n/p3-szorosáig kell áthúznunk, de csak azokat találjuk áthúzatlanul, amelyekben p3 szorzója relatív prim p1 és p2 mindegyikéhez. Ezek számát úgy kapjuk, hogy az előbbi eredményben n helyére n/p3-at írunk, és ezt (2)-ből kivonva a különbség az (1) alakra hozható.