The treasurer of Math republic chose a number and issued coins with values of 1 rouble and of roubles for all positive integer . It turns out that all the values of coins (except for 1) are irrational. May it happen that for any positive integer , one may take several coins whose values sum up to roubles so that the coins of each value are taken at most six times? (I. Bogdanov, S. Berlov)
Solution
Ответ. Могло.
Покажем, что математики могли выбрать число ; это число является корнем уравнения . Ясно, что . Нетрудно видеть, что при натуральных мы имеем , где и — целые числа, причём при нечётных и при чётных . Значит, число иррационально.
Осталось показать, что для любого натурального числа сумму в рублей можно набрать требуемым способом. Рассмотрим все способы набрать рублей выпущенными монетами (хотя бы один такой способ существует: можно взять рублёвых монет). Выберем из них способ, в котором наименьшее число монет. Предположим, что какая-то монета достоинства () встречается в этом способе хотя бы 7 раз. Тогда можно заменить 7 монет по монетами достоинств и . При этом суммарное достоинство монет не изменится (поскольку ), а их количество уменьшится.
Это невозможно по выбору нашего способа. Итак, этот способ удовлетворяет условию.