Kwadratowe 2020: rozwiązanie zagadki

https://xpil.eu/h97

Zagadka jest dość prosta. Rzekłbym, na poziomie kółka matematycznego w szkole średniej.

Zaczniemy od tego, że różnicę kwadratów \(A^2-B^2\) da się zapisać jako \((A-B)(A+B)\). Szukamy więc tak naprawdę par podzielników liczby 2020, gdzie mniejszy podzielnik jest (A-B) a większy (A+B).

Odwracając kota ogonem widzimy, że liczba A jest średnią arytmetyczną obydwu tych podzielników (bo znajduje się dokładnie pośrodku między (A-B) oraz (A+B)), a B - połową ich różnicy (bo (A+B) - (A-B) = 2B). Zapamiętajmy sobie tego odwróconego kota, przyda się za chwilę.

Przez co dzieli się 2020?

Lecimy po kolei:

2020/2=1010, 1010/2=505, 505/5=101

101 jest liczbą pierwszą, tak więc pełna lista pierwszych podzielników 2020 to: 2, 2, 5, 101.

Trzeba z nich teraz ułożyć możliwe kombinacje (A+B)(A-B). Z tym, że - uwaga - interesują nas wyłącznie takie układy, w których zarówno (A-B) jak też (A+B) mają taką samą parzystość! (a więc albo obydwa są parzyste, albo nieparzyste).

Dlaczego tak?

Wracam do kotów powyżej: jest tam wyraźnie napisane, że A jest średnią arytmetyczną obydwu czynników, więc jeżeli jeden z nich byłby parzysty, a drugi nieparzysty, to średnia wyszłaby ułamkowa.

Z czynników 2, 2, 5, 101 da się ułożyć tylko dwie kombinacje par, żeby po obydwu stronach wyszło coś parzystego: (10, 202) lub (2, 1010).

Wiemy, że A jest średnią tych dwóch liczb, zaś B - połową ich różnicy.

Czyli (A=106, B=96) lub (A=504, B=506)

Sprawdzamy:

\(106^2=11236, 96^2=9216, 11236-9216=2020\)

\(506^2=256036, 504^2=254016, 256036-254016=2020\)

Hura!

A co z przypadkiem ogólnym?

Każdą liczbę naturalną N da się zapisać w postaci iloczynu \(2^a*3^b*5^c*7^d*...\)

Policzymy sobie teraz ile jest wszystkich podzielników nieparzystych: (b+1)(c+1)(d+1)... - iloczyn ten oznaczymy sobie literą F:

\(F = (b+1)(c+1)(d+1)…\)

Jeżeli a=0, wówczas N jest nieparzyste; w takim przypadku można rozbić podzielniki N na dwie grupy na F/2 różnych sposobów (no chyba że N jest kwadratem, wtedy będzie to F/2 zaokrąglone w górę do pełnej całości).

Jeżeli a=1 (N dzieli się przez 2, ale już nie przez 4), wówczas nie da się w ogóle uzyskać pary czynników parzystych lub nieparzystych (jeden w parze zawsze "wykorzysta" pojedynczą dwójkę i dla reszty nic nie zostanie - w efekcie jeden czynnik zawsze będzie parzysty a drugi - nieparzysty).

Jeżeli natomiast a>1 (a więc N jest podzielne przez 4), to możemy zawsze rozbić czynniki na dwie grupy takie, że niektóre dwójki znajdą się w jednej grupie, a pozostałe - w drugiej.

Ile jest takich par?

Jeżeli wszystkich możliwych par jest (a+1) F/2, w tym F par zawierających czynnik nieparzysty, wówczas par zawierających wyłącznie czynniki parzyste jest (a+1) F/2 - F = (a-1) F/2 - i to jest odpowiedź na pytanie bonusowe.

Jak Wam poszło?

RzastCichy FraglesCantharKrzysiekWaldek
Pierwszy odezwał się Rzast, który nie tylko podał poprawną odpowiedź, ale też opisał cały proces dochodzenia do niej w zasadzie identycznie jak ja tutaj, powyżej, tylko dużo krócej i prościej. Solidna robota!
Chwilę potem poprawne rozwiązanie nadesłał Cichy Fragles, którego rozwiązanie odrobinę różni się od tego, które opisałem powyżej, ale zasadniczo opiera się na tych samych filarach: szukaniu czynników N o tej samej parzystości. Fragles opisał rozwiązanie ogólne i szczególne za jednym zamachem.
Następnym rozwiązującym był Canthar, który - podobnie jak Fragles - podał od razu rozwiązanie ogólne i szczególne, obydwa poprawne. Canthar zrobił swoje obliczenia na papierze, ale niestety akurat zachorował mu skaner - mam nadzieję, że to nic poważnego i pacjent wróci do zdrowia lada dzień!
Potem poprawne rozwiązanie nadesłał Krzysiek. Poprawne, aczkolwiek nieco bałaganiarskie - ale wyniki zarówno w przypadku ogólnym jak też szczególnym podał dobre, więc zaliczam.
Na dzień przed publikacją tego wpisu swoje rozwiązanie podesłał również Waldek. Tym razem przyłożył się do zagadnienia i w dwustronicowym PDF-ie opisał wszystko ładnie zarówno dla przypadku szczególnego jak też ogólnego, a na koniec okrasił wszystko kawałkiem poezji:

What do you solve, my lord?
Squares, squares, squares.

Nagród, tradycyjnie już, nie przewidziałem...

https://xpil.eu/h97

1 Comment

  1. Komentarz do głosowania.
    Akapity są dobre, bo głęboko humanistyczne, a matematyka jest, jak wiadomo, najhumanistyczniejszą ze wszystkich nauk. Zakładki też są niezłe, bo dobrze porządkują treści.
    Gdyby to połączyć razem w akapadki lub zakapity, to może wyszła by nowa jakość, czyli:
    Twoje słowne komentarze w akapitach – do czytania, a oryginały rozwiązań do wglądu w zakładkach – aby nie zaśmiecać głównego tekstu długimi wklejkami. Czy coś takiego…
    Nie wiem, czy to ma sens, może inni uczestnicy się wypowiedzą?

Skomentuj Waldek Anuluj pisanie odpowiedzi

Komentarze mile widziane.

Jeżeli chcesz do komentarza wstawić kod, użyj składni:
[code]
tutaj wstaw swój kod
[/code]

Jeżeli zrobisz literówkę lub zmienisz zdanie, możesz edytować komentarz po jego zatwierdzeniu.