Maths Olympiad Prep

Library / /40 of 152

Number theory Difficulty 5.7 AIME, harder Prove it Russia

The teacher gave to Pete four distinct positive integers. Pete has calculated the greatest common divisor of every two of these numbers. He obtained six numbers: 11, 22, 33, 44, 55, and NN, where N>5N > 5. Find the least possible value of NN.

Solution

Число NN может равняться 1414, как показывает, например, четвёрка чисел 44, 1515, 7070, 8484. Осталось показать, что N14N \ge 14.

Лемма. Среди попарных НОД четырёх чисел не может быть ровно двух чисел, делящихся на некоторое натуральное kk.
Доказательство. Если среди исходных четырёх чисел есть не больше двух чисел, делящихся на kk, то среди попарных НОД на kk делится не более одного. Если же три из исходных чисел делятся на kk, то все три их попарных НОД делятся на kk. Лемма доказана. \square

Применяя лемму к k=2k = 2, получаем, что число NN чётно. Применяя её же к k=3k = 3, k=4k = 4 и k=5k = 5, получаем, что NN не делится на 33, 44 и 55. Значит, NN не может равняться 66, 88, 1010 и 1212.

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.