Задача
Для каждого натурального n обозначим через s(n) сумму цифр его десятичной записи. Назовём натуральное число m особым, если его нельзя представить в виде m = n + s(n). (Например, число 117 не особое, поскольку 117 = 108 + s(108), а число 121, как нетрудно убедиться, – особое.) Верно ли, что особых чисел существует лишь конечное число?
Решение
Решение 1: Рассмотрим все целые числа от 1 до какого-то N. Среди них найдётся некоторое количество R(N) особых чисел (например, число 1 – особое). Остается показать, что, выбирая соответствующим образом N, можно получить сколь угодно большое R(N). Первый способ. Ясно, что R(N) не меньше, чем количество таких n ≤ N, для которых n + s(n) > N.
Возьмём N = 1010k и докажем, что R(N) ≥ 10k. Рассмотрим число M = N – 10k = 9...90...0 (10k девяток и k нулей). Если M ≤ n < N, то
n + s(n) ≥ N – 10k) + 9·10k > N. Второй способ. Ясно, что R(N) не меньше, чем количество таких пар чисел m < n ≤ N, для которых m + s(m) = n + s(n). Докажем, что
R(100k + 100) ≥ k. Действительно, при каждом целом a от 1 до k для чисел m = 1000a + 91 и n = 1000a + 100
m + s(m) = n + s(n) = 1000a + s(a) + 101.
Решение 2: Докажем, что бесконечная последовательность, заданная соотношениями: m0 = 9, mk = mk–1 + 10k + 1, состоит из особых чисел.
Сначала докажем, что 11·10k–1 < mk < 2·10k при k > 1. Левое неравенство очевидно, а правое проверяется по индукции:
mk = mk–1 + 10k + 1 < 2·10k–1 + 10k + 1 = 12·10k–1 + 1 < 2·10k.
Предположим, что в нашей последовательности есть неособое число; рассмотрим наименьший номер k, при котором mk = n + s(n). Заметим, что k ≥ 3, так так "особость" чисел m1 = 9 + 11 = 20 и m2 = 20 + 101 = 121 нетрудно проверить непосредственно.
Докажем, что 10k < n < 2·10k. Здесь правое неравенство очевидно, а левое доказывается от противного: если n < 10k, то
n + s(n) < 10k + 9k < 10k + 10k–1 = 11·10k–1 < mk (9k < 10k–1 при k ≥ 3).
Таким образом, десятичная запись числа n начинается с 1. Значит, число l = n – 10k получается из n отбрасыванием первой цифры. Следовательно, s(l) = s(n) – 1, и поэтому l + s(l) = n – 10k + s(n) – 1 = mk – 10k – 1 = mk–1. Противоречие, поскольку число mk–1 – особое.
Ответ
Неверно.
Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь