Feladat: C.497 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1998/október, 400 - 401. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Prímtényezős felbontás, "a" alapú számrendszer (a >1, egész szám), Szorzat, hatvány számjegyei, C gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1998/március: C.497

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

A feltétel azt jelenti, hogy n! 10-nek pontosan a 100-adik hatványával legyen osztható. Mivel 10-nek a prímtényezős felbontása 25, ezért ez pontosan akkor teljesül, ha n! prímtényezős felbontásában a 2 és az 5 egyike pontosan a 100-adik, a másikuk pedig legalább a 100-adik hatványon szerepel. Várható, hogy 5 szerepel kisebb kitevőn, ezért először azt nézzük meg, hogy mikor lesz 5-nek a kitevője 100.
Mivel minden ötödik természetes szám osztható 5-tel, ezért az n-ig fellépő számok szorzata csak úgy lehet pontosan 5100-nal osztható, ha n-ig legfeljebb 100 darab 5-tel osztható szám van, azaz, ha n500.
Írjuk fel most n-et ,,ötös számrendszerben'', azaz n=a+5b+25c+125d+625e+... alakban, ahol a szereplő ,,együtthatók'' nemnegatív 5-nél kisebb egész számok (ilyen felírás a maradékos osztás alapján minden pozitív n-re létezik). Mivel n500, ezért ebben a felírásban csak az első négy tag lehet 0-tól különböző: n=a+5b+25c+125d.
Nézzük meg, n-ig hány szám osztható 5-tel, 25-tel és 125-tel. 5-tel minden ötödik, 25-tel minden huszonötödik és 125-tel minden százhuszonötödik. Ezek száma tehát rendre b+5c+25d, c+5d és d.
A szorzatban tehát (b+5c+25d)-szer lép fel tényezőként az 5, (c+5d)-szer egy újabb 5-ös faktor és d-szer még egy 5-ös faktor. Így a fellépő 5-ös faktorok számára:

(b+5c+25d)+(c+5d)+d=b+6c+31d=100
teljesül.
d>3 lehetetlen, mert 314>100. Mivel b, c<5, azért d<3 sem lehet, mert 4+24+62=90<100. A d=3 esetben azt kapjuk, hogy b+6c=100-93=7; aminek nyilvánvalóan egyetlen megoldása b=c=1. Ebből n=a+5+25+375=405+a.
Eszerint a szóbajövő számok n=405, 406, 407, 408, 409.
Mivel 405-ig több, mint 200 páros szám van, ezért ezek mindegyikére az n! osztható 2100-nal is. Ezek tehát valóban megfelelnek a feladat követelményeinek. Ha viszont n>409, akkor még egy 5-ös tényező lép fel; más megoldás tehát nincs.
 
Megjegyzés. A fenti eljárás 100 helyett bármely k természetes számra elvégezhető. Nem mindig kapunk azonban igenlő választ.
Végződhet-e például n! 5 darab 0-ra? Itt csak n=a+5b lehetséges. Ekkor a szereplő 0-k számára (a+5b)+b=a+6b=5 adódik. Ez csak úgy lehetne, ha b=0 volna, amiből a=5 következik; ellentmondva az a4 feltételnek. Hasonlóképpen lehetetlen 5+6b számú 0, ahol 0b<5. Eszerint 11, 17, 23 és 29 darab 0 sem állhat n! végén.
Nagyobb n esetén is hasonlóképpen okoskodhatunk; itt azonban még figyelmesebben kell eljárnunk. Ha n=a+5b+25c alakú, akkor az n! ,,végén'' szereplő 0-k száma k=a+6b+31c (itt feltehető, hogy c>0). A k=36 esetben például csak c=1 lehet. Ebből az a+6b=5 egyenlőség következne, ami | mint már láttuk | lehetetlen. De lehetetlen a k=31+30 eset is. Ez csak úgy lehetne, ha c=1 teljesülne. Az ebből következő a+6b=30 egyenlőség csak úgy állhatna fenn, ha b=5 volna; ami a b4 feltételnek mond ellent. A 31k<62 esetben csak c=1 lehet, amiből 0a+6b<31 adódik. A 0a, b4 feltétel miatt itt ki kell zárni az 5+6b, valamint az a+30 alakú számokat. Ezekre:
k=5+31;5+6+31;5+12+31;5+18+31;5+24+31;30+31.
(A következő kiírandó szám már nem felel meg a k<62 feltételnek.) Ezek szerint n! nem végződhet 36, 42, 48, 54, 60, 61 számú 0-ra sem.
Ugyanígy lehetetlen a
k=5+31c;5+6+31c;5+12+31c;5+18+31c;5+24+31c;30+31c
számú 0 végződés is (1<c<5).
Az n625 esetben még bonyolultabb a kizárandó eseteket megkeresni; bár az eredmény megfogalmazható.