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

Задача М1212

Условие задачи (1990, № 3) Задача М1212 // Квант. — 1990. — № 3. — Стр. 27; 1990. — № 8. — Стр. 45.

Множество всех целых чисел разбито на попарно непересекающиеся бесконечные арифметические прогрессии с положительными разностями $d_1$‍,$d_2$‍,$d_3$‍,$\ldots$‍‍ Может ли случиться, что $$ \dfrac1{d_1}+\dfrac1{d_2}+\dfrac1{d_3}+\ldots<0{,}9?\tag{*} $$ Рассмотрите два случая:

  1. число прогрессий конечно;
  2. число прогрессий бесконечно (при этом условие (*) означает, что сумма любого конечного числа слагаемых в левой части (*) меньше $0{,}9$‍).

А. К. Толпыго

Турнир городов (осень, 1989 год)


Изображения страниц

Решение задачи (1990, № 8) Задача М1212 // Квант. — 1990. — № 3. — Стр. 27; 1990. — № 8. — Стр. 45.

а) Ответ: не может.

Пусть число прогрессий конечно и равно $k$‍.‍ Докажем, что сумма $\dfrac1{d_1}+\dfrac1{d_2}+\ldots+\dfrac1{d_k}$‍‍ равна 1. Пусть $M$‍‍ — некоторое (например, наименьшее) общее кратное чисел $d_1$‍,$d_2$‍,$\ldots$‍,$d_k$‍.‍ Рассмотрим любой отрезок из $M$‍‍ последовательных целых чисел; в нём будет $\dfrac{M}{d_i}$‍‍ членов $i$‍‍-й прогрессии с разностью $d_i$‍($i=1$‍,‍ 2, $\ldots$‍,$k$‍).‍ Поэтому $\dfrac{M}{d_1}+\dfrac{M}{d_2}+\ldots+\dfrac{M}{d_k}=M$‍.

б) Ответ: может.

Приведём пример бесконечного числа прогрессий, для которых сумма $\dfrac1{d_1}+\dfrac1{d_2}+\dfrac1{d_3}+\ldots$‍‍ меньше $0{,}9$‍.‍ Возьмём в качестве $d_1$‍,$d_2$‍,$d_3$‍,$\ldots$‍‍ числа 4, 8, 16, $\ldots$‍,$d_k=2^{k+1}$‍,$\ldots$‍;‍ тогда $\dfrac14+\dfrac18+\dfrac1{16}+\ldots\le\dfrac12$‍.‍ Будем строить прогрессии последовательно, по индукции. Первая прогрессия — числа, кратные 4. Для каждого $k\gt1$‍,‍ считая, что первые $k-1$‍‍ уже построены, мы выберем в качестве одного из членов $k$‍‍-й прогрессии с разностью $d_k=2^{k+1}$‍наименьшее по модулю целое число, не входящее в уже построенные. Поскольку $d_k$‍‍ делится на каждое $d_i$‍($i\lt k$‍),$k$‍‍-я прогрессия не пересекается с предыдущими. С другой стороны, прогрессии содержат все без исключения целые числа: не более чем за $2k$‍‍ шагов мы включим в прогрессии каждое целое число, не превосходящее по модулю $k-1$‍.

Аналогично для любого $\varepsilon\gt0$‍‍ можно построить пример, в котором $\dfrac1{d_1}+\dfrac1{d_2}+\dfrac1{d_3}+\ldots\lt\varepsilon$‍.

А. К. Толпыго, Н. Н. Константинов


Метаданные Задача М1212 // Квант. — 1990. — № 3. — Стр. 27; 1990. — № 8. — Стр. 45.

Предмет
Математика
Условие
Решение
,
Номера

1990. — № 3. — Стр.  [условие]

1990. — № 8. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1212 // Квант. — 1990. — № 3. — Стр. 27; 1990. — № 8. — Стр. 45.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1212/