сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word

По­сле­до­ва­тель­ные нечётные на­ту­раль­ные числа вы­пи­сы­ва­ют «по спи­ра­ли», как по­ка­за­но на ри­сун­ке. Числа 3, 15 и осталь­ные, на­хо­дя­щи­е­ся вме­сте с ними на одной пря­мой, назовём хо­ро­ши­ми (на ри­сун­ке они вы­де­ле­ны серым). Чему равна сумма 2020 наи­мень­ших хо­ро­ших чисел?

 

(А. Р. Араб)

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Рас­смот­рим вме­сто пря­мой, со­дер­жа­щей хо­ро­шие числа, па­рал­лель­ную ей пря­мую, со­дер­жа­щую числа 1, 5, 13, 25... (назовём их от­лич­ны­ми). Раз­ность между со­сед­ни­ми (по воз­рас­та­нию) от­лич­ны­ми чис­ла­ми опре­де­ля­ет­ся дли­ной по­ло­ви­ны витка спи­ра­ли и каж­дый раз уве­ли­чи­ва­ет­ся на 4 (1 + 4  =  5, 5 + 8  =  13, 13 + 12  =  25...). Таким об­ра­зом, n-е от­лич­ное число равно

1 плюс 4 плюс 4 умно­жить на 2 плюс 4 умно­жить на 3 плюс \ldots плюс 4 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =1 плюс 4 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс \ldots плюс левая круг­лая скоб­ка n минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка .

Вернёмся к хо­ро­шим чис­лам. За­ме­тим, что они на­хо­дят­ся на спи­ра­ли рядом с от­лич­ны­ми, по­это­му от­ли­ча­ют­ся от них на 2: 3  =  5 − 2, 15  =  13 + 2, 23  =  25 − 2, 43  =  41 +2 ... Зна­чит, хо­ро­шее число с но­ме­ром 2k на 2 боль­ше, чем от­лич­ное с но­ме­ром 2 k плюс 1, а хо­ро­шее число с но­ме­ром 2k + 1, на­о­бо­рот, на 2 мень­ше, чем от­лич­ное с но­ме­ром 2k + 2. Сум­мар­но по­лу­ча­ет­ся, что сумма пер­вых 2020 хо­ро­ших чисел равна сумме от­лич­ных чисел с но­ме­ра­ми от 2 до 2021, то есть

2020 плюс 4 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 1 плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс 3 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс \ldots плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс \ldots плюс 2020 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка .

До­ка­жем лемму:

1 плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс 3 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс \ldots плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс \ldots плюс n пра­вая круг­лая скоб­ка =C_n плюс 2 в кубе = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 6 конец дроби левая круг­лая скоб­ка n плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка n.

За­ме­тим сна­ча­ла, что 1 плюс 2 плюс \ldots плюс k= дробь: чис­ли­тель: k левая круг­лая скоб­ка k плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =C_k плюс 1 в квад­ра­те . Те­перь до­ка­жем ис­ход­ное утвер­жде­ние по ин­дук­ции. База: под­став­ляя n=1, по­лу­ча­ем 1=C_3 в кубе , что верно. Пе­ре­ход: если уже из­вест­но, что

1 плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс 3 пра­вая круг­лая скоб­ка плюс \ldots плюс левая круг­лая скоб­ка 1 плюс 2 плюс \ldots плюс левая круг­лая скоб­ка n плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка =C_n плюс 1 в кубе ,

то при при­бав­ле­нии к этому вы­ра­же­нию суммы 1 плюс \ldots плюс n по­лу­ча­ем C_n плюс 1 в кубе плюс C_n плюс 1 в квад­ра­те =C_n плюс 2 в кубе . Лемма до­ка­за­на.

По­лу­ча­ет­ся, что ис­ко­мая сумма равна

2020 плюс 4 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 6 конец дроби умно­жить на 2022 умно­жить на 2021 умно­жить на 2020=5503104180.

 

Ответ: 5503104180.

Спрятать критерии
Критерии проверки:

Каж­дая за­да­ча оце­ни­ва­ет­ся в 7 бал­лов. Наи­бо­лее рас­про­странённые про­ме­жу­точ­ные оцен­ки — 2 балла (за­да­ча не ре­ше­на, но есть су­ще­ствен­ные про­дви­же­ния) и 5 бал­лов (за­да­ча в целом ре­ше­на, но есть су­ще­ствен­ные не­до­стат­ки). Если про­дви­же­ния (или не­до­стат­ки) не­ве­ли­ки, то ре­ше­ние может оце­ни­вать­ся в 1 балл (со­от­вет­ствен­но, в 6 бал­лов). Оцен­ка в 3 балла воз­мож­на для очень боль­ших про­дви­же­ний, ко­то­рые, тем не менее, не яв­ля­ют­ся ре­ше­ни­ем за­да­чи. Оцен­ки в 3 и осо­бен­но в 4 балла ста­вят­ся до­воль­но редко. За вер­ный, но никак не ар­гу­мен­ти­ро­ван­ный ответ в боль­шин­стве слу­ча­ев ста­вит­ся 1 балл (если это не за­да­ча с от­ве­том «да» или «нет»).

Част­ные кри­те­рии: за явную фор­му­лу для хо­ро­ших чисел (или для сумм, или для от­лич­ных чисел) даётся 2 балла. Если фор­му­ла для хо­ро­ших чисел до­ка­за­на, то даётся 5 бал­лов.