Задание 10 из 40Задачи на теорию чисел
Линия №20 · Высокий уровень

На доске было написано несколько различных натуральных чисел. Эти числа разбили на три группы, в каждой из которых оказалось хотя бы одно число.
К каждому числу из первой группы приписали справа цифру 1, к каждому числу из второй группы цифру 8, а числа из третьей группы оставили без изменений.
а) Могла ли сумма всех этих чисел увеличиться в 4 раза? б) Могла ли сумма всех этих чисел увеличиться в 18 раз? в) Сумма всех этих чисел увеличилась в 11 раз. Какое наибольшее количество чисел могло быть написано на доске?

Источник: Открытый банк заданий ФИПИ · FIPI ID: B5D110

Объяснение

Как решать это задание

Ключевая идея и подход к задаче

а) Пусть число в первой группе равно 1, число во второй группе равно 2, число в третьей группе равно 9. Сумма чисел до изменений равна 1+ 2+ 9 =12. После изменений на доске оказались числа 11, 28 и 9. Их сумма равна 11+ 28+ 9= 48 =4 ⋅12.

Ключевая идея: Записать операцию через разряды и сравнить изменение числа с ограничениями задачи. Ключевой фрагмент условия: «На доске было написано несколько различных натуральных чисел. Эти числа…» (ФИПИ B5D110)..
Пошаговый разбор

Понятное решение

Подробные вычисления, пояснения и ответ
Пошаговое решение задания 20 ЕГЭ по профильной математике, ФИПИ B5D110

Текстовый конспект решения

  1. а) Пусть число в первой группе равно 1, число во второй группе равно 2, число в третьей группе равно 9. Сумма чисел до изменений равна 1+ 2+ 9 =12. После изменений на доске оказались числа 11, 28 и 9. Их сумма равна 11+ 28+ 9= 48 =4 ⋅12.
  2. б) Пусть сумма всех чисел в первой группе до изменений равна A, а количество чисел равно m, сумма всех чисел во второй группе до изменений — B, а количество n, сумма всех чисел в третьей группе — C. Если к числу a приписать справа цифру t , то оно станет равным 10a+ t. Тогда после изменений сумма всех чисел в первой группе стала 10A +m, так как единица прибавилась столько раз, сколько была приписана единица справа, то есть m раз. Аналогично сумма чисел во второй группе стала 10B + 8n, в третьей группе осталась C. Тогда
  3. Сумма чисел не меньше, чем их количество, поэтому 8A ≥ 8m, 8B ≥ 8n. Так как C ≥1, то 8A +8B + 17C ≥ 8m + 8n+ 17> m + 8n. Значит, такое невозможно.
  4. в) Рассмотрим отношение Q получившейся суммы к изначальной. Формула и подстановка показаны на изображении решения.
  5. По условию Q = 11. Мы хотим понять, при каком наибольшим количестве чисел это возможно. Для этого выясним, при каком количестве чисел Q вообще может быть не меньше 11. Если для некоторого количества чисел даже максимально возможное Q окажется меньше 11, то при таком количестве чисел условие Q = 11 невыполнимо.
  6. Будем максимизировать Q, то есть максимизировать значение дроби m-+8n-− 9C-. A + B +C Если в первой группе больше одного числа, перенесём какое-нибудь число во вторую группу. Сумма всех чисел, то есть A+ B + C от этого не изменится. В первой группе станет m − 1 число, во второй n+ 1, а дробь станет равной
  7. Таким образом, значение Q увеличилось. Тогда если в первой группе не одно число, мы можем переносить их во вторую группу, пока не останется одно число, увеличивая каждый раз значение Q. Значит, если Q — максимальное, то в первой группе одно число.
  8. Пусть в третьей группе больше одного числа. Перенесём какое-нибудь число во вторую группу, при этом сумма всех чисел A + B + C останется прежней. Пусть новая сумма чисел в третьей группе равна C1. Тогда C1 −9C. 1 Количество чисел во второй группе станет n+ 1, а значит, новое значение дроби будет
  9. Таким образом, если Q максимально, то в третьей группе тоже одно число. Тогда в первой и в третьей группах по 1 числу, во второй группе k чисел ( k — новое значение количества чисел во второй группе, после того, как числа из первой и третьей групп были перенесены во вторую), всего k+ 2 числа.
  10. Оценим знаменатель. Чем меньше знаменатель, тем больше значение дроби, а, значит, больше значение Q. Значит, нужно минимизировать значение A +B + C — сумму k+ 2 различных натуральных чисел, а она не меньше, чем сумма первых k+ 2 натуральных чисел. Значит, (k-+2)(k+3) A + B +C ≥ 1+ 2+ ...+(k+ 1)+ (k + 2) = 2 .
  11. Так как C ≥ 1, то
  12. Пусть f(k)= (k+k−2)(1k+3). Найдём, при каком значении k функция f(k) принимает наибольшее значение. Так как k — количество чисел, то будем рассматривать f (k) только при натуральных k. Рассмотрим разность
  13. Значит, f(k +1)− f(k)> 0 при k ≤3, f(k +1)− f(k)= 0 при k = 4, f(k+ 1)− f(k)< 0 при k ≥ 5.
  14. Значит, f(k) возрастает до k = 4, затем f(4) =f(5), а при k ≥ 5 убывает. Следовательно, наибольшее значение f(k) достигается при k = 4 и k = 5, а значит, и Q максимально при k =4 или k = 5.
  15. Найдём значение Q при k =8, k = 9. Формула и подстановка показаны на изображении решения.
  16. При k ≥ 5 функция убывает, значит, если k ≥ 9, то Q < 11. По условию Q = 11, значит, k ≤ 8, а всего чисел не больше, чем 8+ 2= 10. Приведём пример, когда всего 10 чисел. Пусть в первой группе было написано число 2, в третьей группе число 1, а во второй числа 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11. Тогда изначально сумма всех чисел была. Формула и подстановка показаны на изображении решения.
  17. После изменений числа стали: в первой группе 21, во второй группе 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 118, в третьей группе осталось число 1. Новая сумма равна

Ответ: а) Да б) Нет в) 10

Теория

Что нужно знать

Правила и свойства для этого типа задач
  • Разрядная запись числа и арифметика цифр
  • Натуральные и целые числа
  • Проверка достижимости ответа для варианта ФИПИ B5D110
Открыть теорию по математике →
Самопроверка

Типичные ошибки

На что обратить внимание перед ответом
  • Потерять ограничение из условия «На доске было написано несколько различных натуральных чисел. Эти числа…» в варианте ФИПИ B5D110.
  • Проверить только один из пунктов а), б) и в), не обосновав остальные случаи.
  • Получить численную границу, но не доказать её достижимость или невозможность.
Алгоритм

Как проверить себя

Короткий контрольный список перед ответом
  1. 1Выписать все ограничения для условия «На доске было написано несколько различных натуральных чисел. Эти числа…» (ФИПИ B5D110).
  2. 2Разделить доказательство на пункты а), б) и в) и проверить крайние случаи.
  3. 3Сопоставить итоговый ответ с исходными ограничениями и изображением решения.
Тренировка

Похожие задания

Ещё задачи линии №20
Навигация

Продолжить подготовку

Банк задач, конструктор и пробный ЕГЭ