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

Задача М614

Условие задачи (1980, № 3) Задача М614 // Квант. — 1980. — № 3. — Стр. 26—27; 1981. — № 1. — Стр. 29.

Для каждого натурального $n$‍‍ через $S(n)$‍‍ обозначим сумму цифр всех натуральных чисел от 1 до $n$‍‍ (в десятичной записи): $$ \begin{gather*} S(1)=1,\quad S(2)=3,\quad S(3)=6,\quad \ldots,\quad S(9)=45,\\ S(10)=46,\quad S(11)=48,\quad S(12)=51,\quad \ldots \end{gather*} $$

  1. Найдите $S(100)$‍.
  2. Докажите, что $S(10^k-1)=45k\cdot10^{k-1}$‍‍ для всех $k=1$‍,‍ 2, $\ldots$‍
  3. Докажите, что для двузначного числа $\overline{ab}$‍‍ $$S(\overline{ab})=5a^2+ab+41a+\dfrac{b(b+1)}{2}.$$
  4. Найдите аналогичную формулу для трёхзначных чисел.
  1. Вычислите $S(1980)$‍.

Анджей Пашевич (Польша)


Решение задачи (1981, № 1) Задача М614 // Квант. — 1980. — № 3. — Стр. 26—27; 1981. — № 1. — Стр. 29.

Выведем общую формулу для $S(\overline{a_ka_{k-1}\ldots a_1})$‍.‍ Представим эту сумму в виде $a_k+1$‍‍ слагаемых, отдельно вычислив её для чисел с $k$‍‍-м разрядом 0, 1, $\ldots$‍,$a_k-1$‍‍ и $a_k$‍‍ соответственно.

Первые $a_k$‍‍ слагаемых однотипны: в них на цифры, стоящие в меньших, чем $k$‍,‍ разрядах, никаких ограничений не накладывается. Если $k$‍‍-й разряд равен $b$‍‍ (причём $0\le b\le a_k-1$‍),‍ то сумма цифр всех таких чисел равна $10^{k-1}\cdot b+S(10^k-1)$‍‍ (вклад от $k$‍‍-й цифры и от остальных цифр соответственно). $(a_k+1)$‍‍-е же слагаемое (когда к $k$‍‍-м разряде стоит цифра $a_k$‍)‍ выглядит так: $a_k\cdot(\overline{a_{k-1}\ldots a_1}+1)+S(\overline{a_{k-1}\ldots a_1})$‍‍ (снова вклад от $k$‍‍-й цифры и остальных разрядов соответственно).

Окончательно для $S(\overline{a_k\ldots a_1})$‍‍ получаем $$ \begin{gather*} S(\overline{a_k\ldots a_1})=a_k\cdot(\overline{a_{k-1}\ldots a_1}+1)+ S(\overline{a_{k-1}\ldots a_1})+10^{k-1}(0+1+\ldots+(a_k-1))+a_k\cdot S(10^{k-1}-1)=\\ =a_k\cdot(\overline{a_{k-1}\ldots a_1}+1)+S(\overline{a_{k-1}\ldots a_1})+ 5\cdot10^{k-2}a_k(a_k-1)+a_k\cdot S(10^{k-1}-1). \end{gather*} $$ Осталось вычислить $S(10^{k-1}-1)$‍.‍ Если воспользоваться уже выведенной формулой, получим $$ S(10^{k-1}-1)=9\cdot10^{k-2}+S(10^{k-2}-1)+5\cdot10^{k-3}\cdot9\cdot8+9\cdot S(10^{k-2}-1)=10\cdot S(10^{k-2}-1)+45\cdot10^{k-2}. $$ Если считать уже доказанным, что $$ S(10^{k-2}-1)=45(k-2)\cdot10^{k-3}, $$ получим формулу $$ S(10^{k-1}-1)=45(k-1)\cdot10^{k-2}, $$ поэтому достаточно доказать формулу п. б) для $k=1$‍.

Имеем $S(10-1)=45\cdot1\cdot10^0=45$‍‍ — формула верна. Итак, $S(10^k-1)=45\cdot10^{k-1}$‍‍ — мы доказали утверждение б) задачи.

Для двузначных чисел это даёт $$ S(\overline{a_2a_1})=a_2(a_1+1)+S(a_1)+5a_2(a_2-1)+45a_2=a_2(5a_2+a_1+41)+\dfrac{a_1(a_1+1)}2 $$ — см. пункт в) задачи.

Для трёхзначных чисел $$ \begin{gather*} S(\overline{a_3a_2a_1})=a_3((\overline{a_2a_1}+1)+900+50(a_3-1))+S(\overline{a_2a_1})=\\ =a_3(50a_3+\overline{a_2a_1}+851)+a_2(5a_2+a_1+41)+\dfrac{a_1(a_1+1)}2. \end{gather*} $$ (В частности, $S(100)=901$‍.)

Наконец, $$ S(1980)=980+1+45\cdot3\cdot10^2+S(980)=13\,500+981+9(450+80+851)+8(40+41)=27\,558. $$

И. Н. Клумова


Метаданные Задача М614 // Квант. — 1980. — № 3. — Стр. 26—27; 1981. — № 1. — Стр. 29.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1980. — № 3. — Стр.  [условие]

1981. — № 1. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М614 // Квант. — 1980. — № 3. — Стр. 26‍—‍27; 1981. — № 1. — Стр. 29.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m614/