Feladat: 2007. évi Kürschák matematikaverseny 2. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 2008/február, 68 - 69. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Természetes számok, Oszthatósági feladatok, Számtani sorozat, Kürschák József (korábban Eötvös Loránd)
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2008/február: 2007. évi Kürschák matematikaverseny 2. feladata

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

Megoldás. Jelölje d a szóban forgó számtani sorozat különbségét. Ha d páros, akkor a sorozat csupa páros számból áll. Egy ilyen sorozatra csak úgy lehet igaz a feladatban leírt tulajdonság, ha a sorozatnak legfeljebb 2006 tagja van. Ekkor persze a feladat az üreshalmaz eleméről állít valamit, tehát nincs mit bizonyítanunk.
Az érdekes eset az, amikor d páratlan. Tekintsük a sorozat 2008 egymást követő tagját, legyen ezek halmaza mondjuk H={a,a+d,a+2d,...,a+2007d}. Mivel d páratlan, azért a és a+2007d ellentétes paritásúak; jelölje p közülük a páratlant. Ekkor H{p} a vizsgált számtani sorozat 2007 szomszédos tagja, így a feltétel szerint valamelyikük (mondjuk q) relatív prím H{p} minden eleméhez. Állítjuk, hogy q teljesíti a feladat által megkívánt tulajdonságot, azaz q a H halmaz minden eleméhez relatív prím. Ehhez pedig csupán azt kell igazolnunk, hogy p és q relatív prímek.
Világos, hogy q páratlan, hiszen a H{p} sorozatnak van q-tól különböző páros tagja, amihez q relatív prím. Márpedig ha p és q páratlan tagjai egy páratlan különbségű számtani sorozatnak, akkor sorszámuk páros számmal különbözik, így r:=p+q2 is tagja a számtani sorozatnak. Ráadásul, mivel p a H ,,szélső'' eleme, rH{p} is teljesül. Ezért q és r relatív prímek a q választása miatt. Jelölje D a (páratlan) p és q számok legnagyobb közös osztóját. Világos, hogy Dp+q és mivel D páratlan, azért Dp+q2=r is teljesül. Azt kaptuk, hogy D közös osztója a relatív prím q és r számoknak. Ezt azt jelenti, hogy D=1, tehát p és q is relatív prímek. Nekünk pedig éppen ezt kellett igazolnunk.  

 
Megjegyzés. Több dolgozatban szerepel, hogy a feladatban leírt tulajdonságú számtani sorozatok differenciája páratlan. Jóllehet ez az állítás nem igaz, az értékelés során ezt nem tekintettük komoly hibának, hiszen az ,,elnézett'' esetben a feladat állítása az üreshalmaz elemére vonatkozik. Felmerül azonban, hogy páratlan d esetén nincs-e vajon ugyanerről szó. Más szóval: létezik-e egyáltalán olyan legalább 2007 tagú számtani sorozat, ami megfelel a feladat feltételeinek. ,,Szerencsére'' a válasz igen: könnyen belátható, hogy ha d a 2-nél nagyobb és 1004-nél kisebb prímek szorzata, akkor a 2+d,2+2d,2+3d,... végtelen számtani sorozat bármely 2007 egymást követő tagja közül a középső relatív prím a többi 2006 tag bármelyikéhez.