Feladat: 1998. évi Kürschák matematikaverseny 1. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 1999/február, 70 - 71. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Oszthatóság, Legnagyobb közös osztó, Prímszámok, Számsorozatok, Kürschák József (korábban Eötvös Loránd)
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1999/február: 1998. évi Kürschák matematikaverseny 1. feladata

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

Megmutatjuk, hogy létezik a feladat követelményeinek eleget tevő sorozat. Legyen ugyanis p1=2, p2=3, p3, ... a prímszámok (végtelen) növekvő sorozata, és tekintsük az a1=6, a2=10, an=15pn+1 (n3) sorozatot.
Ebben a sorozatban an páratlan szám, ha n3, így nem osztható sem a1-gyel, sem a2-vel, hiszen azok páros számok. Az is világos, hogy a1 és a2 közül egyik sem osztója a másiknak. Ha pedig n3, akkor pn+1 osztója an-nek, de nem osztója a sorozat egyetlen további tagjainak sem, tehát an nem lehet osztója a sorozat egy másik elemének. Az első feltétel tehát teljesül.
A sorozatban bármely két számnak van 1-nél nagyobb közös osztója. Valóban: a1 és a2 esetén ez a szám 2; a1 és an esetén 3, ha n3, végül ha n, m2, akkor an és am is osztható 5-tel. Tehát a második feltétel is teljesül.
Végezetül, ha egy pozitív egész osztója a sorozat minden elemének, akkor osztója a1-nek és a2-nak is, és így csak 1 vagy 2 lehet. A második lehetőség azonban könnyen kizárható, hiszen a3 páratlan szám. Ezzel igazoltuk, hogy a sorozat a harmadik feltételt is kielégíti.

 
Megjegyzések. 1. A fenti sorozatban a második tagtól kezdve minden elem osztható 5-tel. Olyan sorozat is megadható, amelyben a sorozat elemeinek semelyik tagtól kezdve nem létezik
1-nél nagyobb közös osztója. Ilyen sorozat például az a3n+1=6pn+4, a3n+2=10pn+4, a3n+3=15pn+4 (n0) összefüggésekkel definiálható. Az is világos azonban, hogy bármely, a feladat feltételeinek eleget tevő sorozatban lesz végtelen sok elem, amelynek van 1-nél nagyobb közös osztója. (Miért?)
2. A sorozat konstrukciójánál mindenképpen szükség van végtelen sok különböző prímszám segítségére. Nem lehet ugyanis megadni véges sok prímszámot úgy, hogy legyen olyan pozitív egészekből álló végtelen sorozat, amelyben egyik szám sem osztója egyetlen másiknak sem, és amelyben minden szám összes prímosztója az adott prímszámok közül való.
Feladat. Bizonyítsuk be a fenti állítást.