Maths Olympiad Prep

Library / /41 of 152

Number theory Difficulty 5.7 AIME, harder Prove it Russia

For a positive integer N>1N > 1, let mm be its largest divisor smaller than NN. Find all NN such that N+mN + m is a power of 1010.

Solution

Ответ. 7575.

Пусть mm — наибольший делитель числа NN, меньший, чем NN. Тогда N=mpN = m p, где pp — наименьший простой делитель числа NN. Имеем N+m=10kN + m = 10^k, то есть m(p+1)=10km(p + 1) = 10^k. Число в правой части не делится на 33, поэтому p>2p > 2. Отсюда следует, что NN — нечётное число, а тогда и mm нечётно. Значит, поскольку 10k10^k делится на mm, получаем m=5sm = 5^s.

Если m=1m = 1, то N=p=10k1N = p = 10^k - 1, что невозможно, так как 10k110^k - 1 делится на 99, то есть не является простым. Значит, s1s \ge 1, число NN делится на 55, и потому p5p \le 5.

Если p=3p = 3, то получаем равенство 45s=10k4 \cdot 5^s = 10^k, откуда k=2k = 2, m=25m = 25 и N=75N = 75.

Если же p=5p = 5, то p+1=6p+1 = 6, и число 10k10^k делится на 33, что невозможно.

Want a route through all this instead of an archive? The track puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.

Source: MathNet, licensed CC-BY-4.0. Statement reproduced verbatim; metadata (topic, difficulty) added by this project.