Feladat: B.3652 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 2004/február, 93 - 94. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Természetes számok, Testek szinezése, Teljes indukció módszere, Indirekt bizonyítási mód, Feladat
Hivatkozás(ok):1951/december: Egyenlőtlenségek (4)
Feladatok: 2003/szeptember: B.3652, 1951/november: 350. matematika feladat

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

Megoldás. Az egyszínű színezés kielégíti a feltételeket. Csupa kékre színezve bármilyen állítás igaz a nem létező két piros szorzatának színére, csupa piros színezés esetén természetesen két piros szám szorzata piros.
Pontosan egy piros szám nem lehet, mert akkor a végtelen sok kék között lenne egy, amivel megszorozva kapnánk még egy pirosat, azaz ez ellentmondást jelentene. Most már feltehető, hogy van két piros és egy kék szám is, ekkor vehetünk tetszőleges p1, p2 piros és k1 kék számokat. Ezekre p1(p2+k1)=p1p2+p1k1, ahol a bal oldalon egy piros és egy kék (hiszen piros+kék=kék színű) szám szorzata szerepel, azaz piros; ekkor viszont p1p2 nem lehet kék, mert kék+piroskék=kék+piros, ami nem piros. Tehát két piros szám szorzata ilyenkor is piros.

 
Megjegyzés. Teljes indukcióval vagy indirekt bizonyítással megmutatható, hogy minden megfelelő színezés olyan, hogy egy n szám és a többszörösei a pirosak, a többi szám a kék. Legyen n a legkisebb piros szám, 1-től (n-1)-ig a számok ekkor kékek. Egy kék számhoz akárhányszor adva egy pirosat, kéket kapunk, ezért az 1,...,n-1 számokhoz n-eket adva megkaphatjuk az összes n-nel nem osztható számot. Azaz minden n-nel nem osztható szám kék. Tegyük fel, hogy n-nek van olyan többszöröse (nl), ami szintén kék. Ekkor nl-hez n-eket adogatva sorra kapjuk, hogy n(l+1), n(l+2), n(l+3) stb., minden nl-nél nagyobb n-többszörös is kék, például n(nl) is kék. Másrészt n(nl) egy piros és egy kék szám szorzata, tehát piros. Ez ellentmondás, tehát minden n-nel osztható szám piros. (n lehet 1 is, ilyenkor minden szám piros; persze még az is megoldás, ha nincs ilyen n, azaz minden szám kék.)