«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М1022

Условие задачи (1987, № 1) Задача М1022 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25.

$\def\c#1{\enspace\mathclap{#1}\enspace} \begin{array}{|c|c|c|c|}\hline \c8&\c2&\c3&\c5\\\hline \c1&\c7&\c6&\c4\\\hline \end{array} $‍

Первые 8 натуральных чисел можно расставить в две строки так, что сумма чисел в верхней строке равна сумме чисел в нижней, а суммы чисел в столбцах также равны между собой. Можно ли расставить подобным образом первые

  1. десять,
  2. двенадцать

натуральных чисел?

  1. При каких натуральных $n$‍‍ можно расставить таким образом числа от 1 до $2n$‍?

М. И. Штеренберг


Изображения страниц

Решение задачи (1987, № 5) Задача М1022 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25.

Ответ: а) нельзя, б) можно (см. рис.), в) можно при чётных $n \ge 4$‍.‍ $$ \def\c#1{\enspace\mathclap{#1}\enspace} \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|}\hline \c1&\c{11}&\c3&\c9&\c8&\c7\\\hline \c{12}&\c2&\c{10}&\c4&\c5&\c6\\\hline \end{array}$$

Рассмотрим сразу общий случай (задача в)). Сумма всех чисел от 1 до $2n$‍‍ должна быть чётной (только тогда их можно разбить на две группы с равными суммами). Поскольку $1+2+\ldots+2n=n(2n+1)$‍,‍ число $n$‍‍ не может быть нечётным; отсюда же следует, что суммы по столбцам должны равняться $2n+1$‍.

Пусть $n=2k$‍.‍ Выпишем в первой строке числа от 1 до $2k$‍,‍ а под ними — числа, дополняющие их до $2n+1=4k+1$‍:‍ $$ \colsep{10pt}{\begin{array}{llllll} 1&2&3&\ldots&2k{-}1&2k\\ 4k&4k-1&4k-2&\ldots&2k+2&2k+1 \end{array}} $$ Сумма нижних чисел равна $(1+2+\ldots+2k)+2k\cdot2k$‍,‍ т. е. на $4k^2$‍‍ больше суммы верхних чисел. Следовательно, мы должны переставить в нескольких столбцах верхнее число вниз, а нижнее — вверх так, чтобы в итоге верхняя сумма увеличилась на $2k^2$‍‍ (а нижняя на столько же уменьшилась). Заметим, что $m$‍‍-е слева число верхней строки на $2k$‍‍ меньше $m$‍‍-го справа числа нижней строки для всех $m=1$‍,‍ 2, $\ldots$‍,$2k$‍,‍ поэтому, если переставить одновременно числа в двух столбцах, равноотстоящих от краёв таблицы, верхняя сумма возрастёт на $4k$‍.‍ При чётном $k$‍‍ такую перестановку достаточно проделать для $\dfrac k2$‍‍ симметричных пар столбцов: верхняя сумма возрастёт на $4k\cdot\dfrac k2=2k^2$‍.‍ При нечётном $k\ge3$‍‍ переставим верхние числа $k+1$‍‍ и $2k$‍‍ с соответствующими нижними — $3k$‍‍ и $2k+1$‍,‍ а также ещё числа $\dfrac{k-1}2$‍‍ симметричных пар столбцов. Мы снова получим нужное увеличение верхней суммы: $$ 3k-(k+1)+(2k+1)-2k+4k\cdot\dfrac{k-1}{2}=2k^2. $$ Наконец, при $k=1$‍‍ нужной расстановки, очевидно, не существует.

М. И. Штеренберг


Метаданные Задача М1022 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1987. — № 1. — Стр.  [условие]

1987. — № 5. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1022 // Квант. — 1987. — № 1. — Стр. 15; 1987. — № 5. — Стр. 25.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1022/