Feladat: F.1761 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 1971/szeptember, 6 - 8. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Oszthatóság, Prímtényezős felbontás, Skatulyaelv, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1971/március: F.1761

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

A számhármasokat úgy keressük, hogy előre megmondjuk, mik legyenek a tagjaiknak a négyzetszám osztóik. Mivel sok számhármast szeretnénk biztosítani, célszerűnek látszik erre a célra kis négyzetszámokat választani. A legkisebb osztóhármas a 22, 32, 42 volna, ehhez azonban nem találhatunk megfelelő számhármast, hiszen ha egy szám osztható 22-nel, akkor sem a szomszédja, sem a második szomszédja nem lehet 4-gyel osztható. (Hasonlóan láthatjuk be általában, hogy csak olyan osztóhármast érdemes vizsgálni, melyben a tagok páronként relatív prímek.) Ezért először a 22, 32, 52 osztóhármashoz tartozó számhármasokat keresünk.
Egy szám akkor osztható 52=25-tel, ha utolsó két jegye 00, 25, 50 vagy 75. Az ilyen számok első vagy másodszomszédjai közül azok oszthatók 22=4-gyel, amelyek utolsó két jegye 24, 48, 52 vagy 76. Ezeknek megfelelően olyan számokat keresünk, amelyek utolsó két jegye 23, 26, 49, 51, 74 vagy 77, és oszthatóak 9-cel. Egy szám akkor osztható 9-cel, ha jegyeinek összege 9-cel osztható, így ‐ a számokat egyelőre csak a háromjegyűek között keresve ‐ a 423, 126, 549, 351, 774, 477 számokat kapjuk, amelyeknek a

423,424,425;350,351,352;124,125,126;774,775,776;548,549,550;475,476,477;


számhármasok felelnek meg. Ezek mindegyike osztható négyzetszámmal, nevezetesen a 22, 32, 52 számok valamelyikével.
További megfelelő számhármasokat kapunk, ha a most kapott hármasok tagjaihoz hozzáadjuk 223252=900 tetszőleges többszörösét, hiszen ha egy a azám osztható 22-nel, vagy 32-nel, vagy 52-nel, akkor 900k+a is osztható 22-nel, ill. 32-nel, ill. 52-nel. Akárhogy veszünk tehát 900 egymás utáni természetes számot, azok között mindig van 6 olyan számhármas, melynek tagjait a most előállított számhármasból állíthatjuk elő a 900 alkalmas többszörösének a hozzáadásával, ha pedig 2000 egymás utáni természetes számot veszünk, azok között legalább 12 ilyen számhármast találunk.
Újabb osztóhármas kijelölésével további számhármasokat adhatunk meg. Mivel a tagoknak páronként relatív prímeknek kell lenniük, a következő legkisebb osztóhármas a 22, 32, 72. Egy természetes szám akkor osztható 72-nel, ha 49k alakú, ahol k természetes szám. Olyan k szorzót keresünk, melyre a N=49k szám első és másod-szomszédjai közül az egyik 4-gyel, a másik 9-cel osztható, pontosabban:

a) N-2 osztható 4-gyel és N-1 osztható 9-cel,
b) N-1 osztható 4-gyel és N-2 osztható 9-cel,
c) N-1 osztható 4-gyel és N+1 osztható 9-cel,
d) N+1 osztható 4-gyel és N-1 osztható 9-cel,
e) N+1 osztható 4-gyel és N+2 osztható 9-cel,
f) N+2 osztható 4-gyel és N+1 osztható 9-cel.
 

Mivel N egyik esetben sem osztható 4-gyel, csak olyan k értékeket vizsgálunk, melyek nem oszthatók 4-gyel, azaz 4n+i alakúak, ahol n természetes szám és i=1, 2 vagy 3. Ekkor
N=49k=49(4n+i)=449n+49i,
tehát i=1 mellett N a 4-gyel osztva 1-et ad maradékul, és N-1 osztható 4-gyel, (b) és c) eset); i=2 mellett N a 4-gyel osztva 2-t ad maradékul, és N-2 is, N+2 is osztható 4-gyel (a) és f) eset); végül i=3 mellett N+1 osztható 4-gyel (d) és e) eset).
Ha i=1, akkor (N-2)-nek vagy N+1-nek kell 9-cel oszthatónak lennie, azaz N-et 9-cel osztva 2-t, vagy 8-at kell maradékul kapnunk. Mivel i=1 mellett
N=196n+49=(189n+45)+(7n+4),
ahol az első tag osztható 9-cel, elegendő a második tagban a kívánt maradékot biztosítanunk, amit el is érünk n=1 vagy n=7 mellett, N megfelelő értéke 245 és 1421.
Ha i=2, akkor (N-1)-nek, vagy (N+1)-nek kell 9-cel oszthatónak lennie:
N=196n+98=(189n+90)+(7n+8),
tehát n=0 vagy n=8, és N értékei: 98, 1666.
Ha i=3, akkor (N-1)-nek vagy (N+2)-nek kell 9-cel oszthatónak lennie:
N=196n+147=(189n+144)+(7n+3),
tehát n=1, vagy n=7, és N értékei: 343, 1519.

A következő számhármasokat kaptuk:
a)1664,1665,1666;d)342,343,344;b)243,244,245;e)1519,1520,1521;c)1420,1421,1422;f)98,99,100.  

A fentiekhez hasonlóan ezekből újabb megfelelő számhármasokat kapunk, ha a tagjaikhoz 223272=1764 tetszőleges egész számú többszörösét hozzáadjuk. Az így kapott számhármasok közt minden egymás utáni 1764 szám között van 6, tehát 2000 egymás utáni természetes szám között is van 6.
Az eddig talált két csoportból összesen 12+6=18 számhármast kapunk, e két csoportnak azonban lehetnek közös elemei. Előfordulhat ugyanis, hogy az utóbb megadott számhármasok tagjai a 22, 32, 52 osztóhármashoz is hozzátartoznak, de csak akkor, ha bennük a 72-nel osztható tag 52-nel is osztható. Ezeket kell még megkeresnünk.
Az a) esetben az 1666+1764m számok között kell 25-tel oszthatót találnunk. Az összeg végződése csak páros lehet, de láttuk, hogy a 00 végződés nem léphet fel, így az összeg utolsó két jegye csak 50 lehet. Ez azt jelenti, hogy 1764m utolsó két jegye 84, ami m=6 mellett következik be először.
Hasonló módon kapjuk a többi b), c), d), e), f) esetben az utolsó két jegyből való visszaszámolással, hogy 1764 legkisebb alkalmas szorzója rendre 20, 11, 13, 4, 18. Megmutatjuk, hogy a további szorzótényezők ezekből a 25 alkalmas többszörösének a hozzáadásával kaphatók meg. Ha ugyanis valamilyen a természetes számra (a+1764m1) és (a+1764m2) is osztható 25-tel, akkor e számok különbsége, 1764(m1-m2) is osztható 25-tel, ami csak akkor lehetséges, ha (m1-m2) is osztható 25-tel. A kapott 4, 6, 11, 13, 18 és 20 m-értékek között fellépő legkisebb különbség a 6-4=13-11=20-18=2 különbség, ami a megfelelő számhármasokra 21764=3528 különbséget ad.
Ezek szerint 2000 szomszédos természetes szám között az általunk megkonstruált két csoportnak legfeljebb egy közös számhármasa lehet, így a két csoportban együtt mindig van 12+6-1=17 különböző számhármas.