Maths Olympiad Prep

Library / /57 of 152

Number theory Difficulty 6.0 National Olympiad Prove it Russia

10100010^{1000} positive integers are arranged in a circle. One has calculated the least common multiple of every two neighboring numbers. May it happen that these calculated numbers are 10100010^{1000} consecutive positive integers (in some order)? (S. Berlov)

Solution

Ответ. Не могут.

Пусть n=101000n = 10^{1000}. Обозначим исходные числа (в порядке обхода) через a1,,ana_1, \dots, a_n; мы будем считать, что an+1=a1a_{n+1} = a_1. Положим bi=НОК(ai,ai+1)b_i = \text{НОК}(a_i, a_{i+1}). Предположим что числа b1,,bnb_1, \dots, b_n — это nn подряд идущих натуральных чисел.

Рассмотрим наибольшую степень двойки 2m2^m, на которую делится хотя бы одно из чисел aia_i. Заметим, что ни одно из чисел b1,,bnb_1, \dots, b_n не делится на 2m+12^{m+1}. Пусть для определённости a12ma_1 \ge 2^m; тогда b12mb_1 \ge 2^m и bn2mb_n \ge 2^m. Значит, b1=2mxb_1 = 2^m x и bn=2myb_n = 2^m y при некоторых нечётных xx и yy. Без ограничения общности можно считать, что x<yx < y. Тогда,

поскольку b1,,bnb_1, \dots, b_n образуют nn последовательных чисел, среди них должно быть и число 2m(x+1)2^m(x+1) (поскольку 2mx<2m(x+1)<2my2^m x < 2^m(x+1) < 2^m y). Но это число делится на 2m+12^{m+1} (так как x+1x+1 четно), что невозможно. Противоречие.

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.