Feladat: Pontversenyen kívüli P.253 Korcsoport: - Nehézségi fok: -
Megoldó(k):  Bodó Zalán ,  Déri Atilla ,  Gulyás Mihály ,  Horváth 712 István ,  Hujter Mihály ,  Jónás Béla ,  Lovász Attila ,  Seress Ákos ,  Soukup Lajos 
Füzet: 1976/március, 117. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Irracionális számok és tulajdonságaik, Indirekt bizonyítási mód, Csebisev-tétel, Dirichlet-tétel, Pontversenyen kívüli probléma
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1975/szeptember: Pontversenyen kívüli P.253

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

I. megoldás. Jelöljük a vizsgálandó számot A-val. Az A végtelen tizedes törtben végtelen sok 0-tól különböző számjegy van, ugyanis minden prímszám első számjegye nem nulla. Tegyük fel, hogy A racionális. Ekkor A=0, a1a2...akb1b2...bn (ai, bi a számjegyeket jelöli). Nem lehet mindegyik bi nulla, mert ekkor A-ban csak véges sok nullától különböző számjegy lenne. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy a bibi+1...bnb1...bi-1 alakú sorozatokban biztosan van nullától különböző számjegy, s ezért az ak után álló, bármely n egymás utáni számjegy között van nem nulla számjegy (nevezzük ezt a-tulajdonságnak). Viszont Dirichlet tételéből tudjuk, hogy a 10n+1x+1 sorozat (x=1,2,3,...) végtelen sok prímszámot tartalmaz,* e prímszámokban az utolsó jegy 1, előtte n db nulla van. Mivel ez végtelen sokszor megismétlődik, A-ban végtelen sokszor állhat n db 0 egymás után, ez pedig az a-tulajdonságnak ellentmond.

 

 Seress Ákos (Budapest, Fazekas M. Gyak. Gimn., III. o. t.)
 

II. megoldás. Tegyük fel, hogy ez a szám racionális. Ez azt jelentené, hogy a tizedes tört szakaszos lenne, azaz volna olyan k természetes szám, hogy a tizedestört alakban egy helytől kezdve k egymás utáni számjegy rendre megegyezne az utána következő k-val, és így tovább.
Csebisev tétele értelmében minden prímszám és a kétszerese között van prímszám. Ebből többek között az is következik, hogy bármely n természetes számra van legalább két db n-jegyű prímszám. Válasszuk n-et k többszörösére úgy, hogy két n-jegyű prímszám már a tizedes tört szakaszos részére essen. Ezt elég nagy többszörös esetén mindig megtehetjük.
A szakaszosság miatt az első prímszám minden számjegye, mivel n többszöröse k-nak, megismétlődik. Ez azt jelenti, hogy a két prímszám azonos jegyekből áll, azaz azonos. Ez nem lehet igaz, így az a feltevésünk, hogy a felírt tizedes tört racionális, helytelen. Tehát a számunk irracionális.
 

 Hujter Mihály (Pápa, Türr I. Gimn., IV. o. t.)
*Lásd Erdős‐Surányi: Válogatott fejezetek a számelméletből és Waclaw Sierpinsky: 200 feladat az elemi számelméletből, Középisk. Szakk. Füzet.)