24 votos

El conjunto $\{1,2,3,\ldots,n\}$, donde $n \geq 5$, se puede dividir en dos subconjuntos para que la suma de los primeros es igual al producto de la segunda

Un compañero mío me mostró hoy este problema, tomado de una de 7mo grado del concurso de matemáticas :

Deje que $A=\{1,2,3,\ldots,n\}$; (donde $n \geq 5$) demostrar que $A$ se puede dividir en dos subconjuntos disjuntos tales que la suma de los elementos en el primer subconjunto es igual al producto de los elementos en el segundo subconjunto.

Este ha sido desconcertante para mí 15 minutos ya, pero estoy seguro de que hay un sencillo, fácil manera de hacerlo, ya que es un 7º grado problema, aunque yo no lo vea.

¿Alguien puede arrojar algo de la sabiduría aquí ?

24voto

benji Puntos 1552

Va por la suposición de que por una extraña $n$ el producto de $1, (n-1), (n-a)$ es igual a la suma del resto de los números, tenemos $$ 1(n-1)(n-a) = \frac{n(n+1)}{2} - 1 -(n-1) - (n-a) $$

la solución de este da $a=\frac{n+1}{2}$

Ahora para completar los $n \ge 5$, tenemos
$$n-a = \frac{n-1}{2} \ge 2$$ Por lo tanto, los números de $1, n-1, n-$ son distintos.

Una similar de la asunción, incluso para $n$ con $1, n, (n-a)$ da $$ 1*n(n-a) = \frac{n(n+1)}{2} - 1 -n - (n-a) $$ y la solución es $a=\frac{n+2}{2}$

Y para incluso $n \ge 6$ tenemos $$n-a = \frac{n-2}{2} \ge 2$$ Y por lo tanto los números de $1, n, n-$ son distintos.

13voto

HappyEngineer Puntos 111

Siempre se puede hacer con el producto de tres elementos, uno de ellos $1$.

$$1+2+3+4+\cdots +n = n(n+1)/2$$

Encontrar $a,b$, de modo que $n(n+1)/2-(1+a+b) = ab$. Esto es fácil de hacer desde $1+a+b+ab=(1+) (1+b)$.

Así, cuando $$ n impar, elegir $a=n-1,b=\frac{n-1}{2}$. E. g., para $n=7$, lo que da $1\cdot 3\cdot 6=2+4+5+7$.

Para $n$ incluso $a=n,b=\frac{n-2}{2}$. Por ejemplo, $n=6$ produce $a=6,b=2$ y $1\cdot 2\cdot 6=3+4+5$.

Cuando $n<5$, $\{a,b,1\}$ no son distintas.

Es más difícil hacerlo en dos elementos en el producto. Entonces usted tendría $ab=n(n+1)/2-(a+b)$ o $(1+) (1+b)=\frac{n^2+n+2}{2}$. De modo que deberá factor $\frac{n^2+n+2}{2}$ en dos distintos números de $\leq n+1$.

Usted puede hacer esto para $n=17$, por ejemplo, entonces $\frac{n^2+n+2}{2}=154=11\cdot 14$. por lo que $a=10,b=13$. Entonces $de$10\cdot 13 =1+2+3+4+5+6+7+8+9+11+12+14+15+16+17$$

La pregunta que surgió acerca de los productos de $4$ números. Vamos a tratar de buscar respuestas simples, por lo que un producto de la forma $1\cdot 2\cdot a\cdot b = \frac{n(n+1)}{2}-(a+b+1+2)$ o:

$$2ab +a+b+3=\frac{n(n+1)}{2}$$ se Multiplican ambos lados por $2$ y se obtiene:

$$(2a+1)(2b+1)+5 = n(n+1)$$

Así tenemos que el factor $n(n+1)-5$ en dos números impares $\leq 2n+1$. Por ejemplo, $n=10$ entonces $n(n+1)-5=105=15\cdot 7$. Por lo que $a=3,b=7$. Entonces:

$$1\cdot2\cdot3\cdot 7 = 4+5+6+8+9+10$$

Un ejemplo con el producto que contiene $5$ elementos $n=20$, entonces:

$$1\cdot 2\cdot 3\cdot 4\cdot 8 = 5+6+7+9+10+\cdots + 20$$

Un ejemplo con un producto de $4$ números, ninguno igual a $1$ ($n=26$):

$$2\cdot 3\cdot 5\cdot 11 = 1+4+6+7+8+9+10+12+\cdots +26$$

Otro con $4$ en el producto:

$$3\cdot 5\cdot 7\cdot 16 = \frac{58\cdot 59}{2} - (3+5+7+16)$$

Podemos obtener arbitrariamente larga soluciones de productos. Usted puede demostrar que para $n=k!-k$, vamos a $A=\frac{k!}{2}-k$, entonces:

$$1\cdot 2\cdot3\cdots k\cdot A = \frac{(k!-k)(k!-k+1)}{2}-(1+2+\cdots + k + A)$$

Por ejemplo:

$$\begin{align}4!\cdot 8 &= \frac{20\cdot21}{2}-(1+2+3+4+8)\\ 5!\cdot 55 &= \frac{115\cdot116}{2}-(1+2+3+4+5+55)\\ 6!\cdot 354 &= \frac{714\cdot715}{2}-(1+2+3+4+5+6+354)\\ 7!\cdot 2513 &= \frac{5033\cdot 5034}{2}-(1+2+3+4+5+6+7+2513) \end{align}$$

Más generalmente, si $\{x_i\}_{i=1,\cdot,m}$ son distintos a los enteros positivos con al menos uno incluso deja $S=\sum x_i$ y $P=\prod x_i$. Entonces si $S=\frac{k(k+1)}2$ $k$, entonces que $A=\frac{P}{2}-k$ y $n=P-k$. Entonces:

$$A\cdot \prod x_i = \frac{n(n+1)}{2} - (x_1+\cdots + x_m + A)$$

Para pequeñas colecciones de pequeños valores de $x_i$ esto no siempre dan un buen$$, pero en la mayoría de los casos, lo hace.

Por ejemplo, $5+10=\frac{5(5+1)}2$. Para $n=45$ y $A=20$, y usted recibe $$5\cdot 10\cdot 20 = \frac{45\cdot 46}{2}-(5 + 10+20)$$

Esto significa que siempre podemos ampliar cualquier $x_1,\cdots,x_m$, con una mayor de $x_{m+1}$ entonces $\sum_{i=1}^{m+1} x_i$ es un número triangular, y luego encontrar el $$ arriba. En efecto, podemos escribir una fórmula explícita. Si $S=\sum_{i=1}^m x_i$ y $P=\prod_{i=1}^m x_i$, a continuación, puede definir $$\begin{align}x_{m+1}&=2S(S-1)\\x_{m+2}&=PS(S-1)-2+1\\n&=2PS(S-1)-2+1.\end{align}$$

6voto

ploosu2 Puntos 2403

Esto no se puede hacer para $n = 4$.

No un elemento de la parte del producto. Dos elementos en el lado del producto no. ($1 * 2 = 2\neq 7, 1 * 3 = 3\neq 8, 1 * 4\neq6, 2 * 3 = 6\neq 4, 2 * 4, $) Seguramente no funciona para los tres elementos en el lado del producto.

No funciona. $N\geq 5$, sin duda parece ser cierto. Lo que he encontrado hasta ahora:

1*2*4 = 3+5    
1*2*6 = 3+4+5    
1*3*6 = 2+4+5+7    
1*3*8 = 2+4+5+6+7    
1*4*8 = 2+3+5+6+7+9    
6*7 = 1+2+3+4+5+8+9+10    
1*5*10 = 2+3+4+6+7+8+9+11    
1*5*12 = 2+3+4+6+7+8+9+10+11    
1*6*12 = 2+3+4+5+7+8+9+10+11+13    
1*6*14 = 2+3+4+5+7+8+9+10+11+12+13    
1*7*14 = 2+3+4+5+6+8+9+10+11+12+13+15    
1*7*16 = 2+3+4+5+6+8+9+10+11+12+13+14+15    
10*13 = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+11+12+14+15+16+17    
1*8*18 = 2+3+4+5+6+7+9+10+11+12+13+14+15+16+17    
1*9*18 = 2+3+4+5+6+7+8+10+11+12+13+14+15+16+17+19    
1*9*20 = 2+3+4+5+6+7+8+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19    
1*10*20 = 2+3+4+5+6+7+8+9+11+12+13+14+15+16+17+18+19+21    
1*10*22 = 2+3+4+5+6+7+8+9+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21    
1*11*22 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+23    
1*11*24 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23    
1*12*24 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+25    
15*21 = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+16+17+18+19+20+22+23+24+25+26    
1*13*26 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+27    
1*13*28 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27    
1*14*28 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+29    
1*14*30 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29    
1*15*30 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+31    
1*15*32 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31    
1*16*32 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+33    
1*16*34 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33    
1*17*34 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+35    
22*28 = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+23+24+25+26+27+29+30+31+32+33+34+35+36    
21*31 = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+22+23+24+25+26+27+28+29+30+32+33+34+35+36+37    
1*18*38 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37    
1*19*38 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+39    
1*19*40 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    
1*20*40 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+41    
1*20*42 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41    
1*21*42 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41+43    
1*21*44 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41+42+43    
27*36 = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+28+29+30+31+32+33+34+35+37+38+39+40+41+42+43+44+45    
1*22*46 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41+42+43+44+45    
1*23*46 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41+42+43+44+45+47    
1*23*48 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39+40+41+42+43+44+45+46+47    

Para $n = 39$, encontré estas particiones de $7$:

1*19*38 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+39    
1*25*29 = 2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+26+27+28+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    
3*7*35 = 1+2+4+5+6+8+9+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+36+37+38+39    
4*11*17 = 1+2+3+5+6+7+8+9+10+12+13+14+15+16+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    
5*10*15 = 1+2+3+4+6+7+8+9+11+12+13+14+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    
2*6*7*9 = 1+3+4+5+8+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    
1*3*4*7*9 = 2+5+6+8+10+11+12+13+14+15+16+17+18+19+20+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+32+33+34+35+36+37+38+39    

Muy buena pregunta!

3voto

Anthony Shaw Puntos 858

La suma de todos los números es $$ \sum_{k=1}^nk=\frac{n(n+1)}2\etiqueta{1} $$ Vamos a encontrar $a$ y $b$ a fin de que $$ \overbrace{\left(\sum_{k=1}^nk\right)-a-b-1}^{\text{suma de todos pero $a$, $b$ y $de$1}}=\overbrace{\vphantom{\left(\sum_1^n\right)}1ab}^{\text{producto}}\etiqueta{2} $$ Es decir, tenemos que encontrar $a$ y $b$ a fin de que $$ \begin{align} \frac{n(n+1)}2 &=\overbrace{ab}^{\text{producto}}+\overbrace{a+b+1}^{\text{suma}}\\ y=(a+1)(b+1)\etiqueta{3} \end{align} $$ y $(3)$ puede ser resuelto mediante la $$ (a,b)=\left\{\begin{array}{} \left(\frac{n-1}2,n-1\right)&\text{si $n$ es impar}\\ \left(n,\frac{n-2}2\right)&\text{si $n$ es aún}\\ \end{array}\right.\la etiqueta{4} $$ Por lo tanto, el producto de $1$, $a$ y $b$ es la suma del resto de los números desde $1$ $n$.

Si $n\ge5$, entonces $a,b\ge2$, de modo que no interfieran con $1$.


Ejemplos

Con $n=5$, $a=\frac{5-1}2=2$ y $b=5-1=4$ para $1\cdot2\cdot4=3+5$

Con $n=6$, $a=6$ y $b=\frac{6-2}2=2$ para $1\cdot2\cdot6=3+4+5$

Con $n=7$, $a=\frac{7-1}2=3$ y $b=7-1=6$ para $1\cdot3\cdot6=2+4+5+7$

Con $n=8$, $a=8$ y $b=\frac{8-2}2=3$ para $1\cdot3\cdot8=2+4+5+6+7$

2voto

PdotWang Puntos 644

Por alguna extraña $n$ y $n\geq5$ siempre se puede encontrar el elemento antes de la última, y el elemento antes de que el centro del elemento, y el primer elemento. A continuación, mueva los 3 elementos para la configuración del producto.

Por ejemplo: $n=5$, mover $1,2,4$. Si: $n=7$, mover $1,3,6$.

Para cualquier $n$ y $n\geq6$ siempre se puede encontrar el último elemento y el elemento justo antes de los 2 productos del centro, y el primer elemento. A continuación, mueva los 3 elementos para la configuración del producto. Esa es la solución.

Por ejemplo: $n=6$, mover $1,2,6$. Si: $n=8$, mover $1,3,8$.

para $n=3$, mover 3. Parece que este es un caso especial.

Para la prueba, tenemos las siguientes relaciones:

Por: $n=impar$

A la izquierda: $${1\over2}n(n+1)-(n-1)-{(n-1)\over2}-1={1\over2}(n-1)^2$$ A la derecha: $$(n-1){(n-1)\over2}={1\over2}(n-1)^2$$

Por: $n=$

A la izquierda: $${1\over2}n(n+1)-n-({n\over2}-1)-1={1\over2}n(n-2)$$ A la derecha: $$n({n\over2}-1)={1\over2}n(n-2)$$

Nota: Si tan sólo queremos dar una respuesta a la pregunta, luego la de arriba está bien. Pero en general, necesitamos saber (1) ¿cuántos elementos para moverlos? (2) Que los mueva. No podemos asumir que debe ser de 3 elementos, y 1 y (n-1) debe estar dentro de las opciones. Además no sabemos si es la única solución. Podemos necesidad de la prueba.

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