20 votos

Cubierta $\{1,2,...,100\}$ con el mínimo número de progresiones geométricas?

En otra pregunta, publicado aquí por jordania, se nos pregunta si es posible la cobertura de los números de $\{1,2,\ldots,100\}$ $20$ progresiones geométricas de los números reales. Naturalmente, nos gustaría extender la pregunta:

Problema: ¿Cuál es el mínimo número de $n$ de las progresiones geométricas $A_1,\ldots,A_{n}$ de rational* los números de tal manera que $$ \{1,2,\ldots,100\} \subseteq A_1 \cup \ldots A_{n}? $$


En la otra pregunta, 6005 obtenido un límite inferior de $31 \leq n$ con un argumento sobre la plaza libre enteros. También podemos obtener una cota superior de a $43$ como sigue. Considerar estos $5$ secuencias de: $[1, 2, 4, 8, 16, 32, 64]$$[6, 12, 24, 48, 96]$$[5, 10, 20, 40, 80]$$[3, 9, 27, 81]$$[7, 21, 63]$. Juntos, estos cubren $7 + 5 + 5 + 4 + 3 = 24$ términos. El resto de los $76$ términos y condiciones pueden ser cubiertos en la mayoría de los $38$ secuencias, por un argumento que han hecho aquí. Así que hemos enlazado:

$$31 \leq n \leq 43$$

Nadie puede hacerlo mejor?

*Sólo necesitamos considerar racional relaciones de argumentos formulados en las respuestas a la pregunta original.


(Actualización) Tenemos un ganador!! Gracias a los esfuerzos acumulados de los ms responden a continuación, hemos llegado a $n = 36$. El límite superior es gracias a jpvee, y el límite inferior es debido a la san. ¡Hurra!

8voto

jpvee Puntos 951

Conmutación de prooving límites inferiores a encontrar límites superiores, he jugado con la lista de las progresiones un poco y se acercó con otra pequeña mejora:

El $16$ progresiones $$(1, 2, 4, 8, 16, 32, 64)\\ (3, 6, 12, 24, 48, 96)\\ (5, 10, 20, 40, 80)\\ (7, 14, 28, 56)\\ (9, 18, 36, 72)\\ (11, 22, 44, 88)\\ (13, 26, 52)\\ (15, 30, 60)\\ (17, 34, 68)\\ (19, 38, 76)\\ (21, 42, 84)\\ (23, 46, 92)\\ (25, 35, 49)\\ (27, 45, 75)\\ (50, 70, 98)\\ (81, 90, 100)$$ son completamente distintos y así cubrir $7+6+5+3\cdot4+10\cdot3=60$ enteros. El uso de $20$ adicional de las progresiones que cada uno cubre $2$ restante de los $100-60=40$ enteros de los rendimientos de una cubierta de $16+20=36$ progresiones geométricas.

7voto

san Puntos 3820

El valor exacto de n es de 36:

En primer lugar, considerar todas las progresiones de longitud de 4 o más:

Longitud de 7: 1,2,4,8,16,32,64

Longitud 6: 3,6,12,24,48,96

Longitud 5: 5,10,20,40,80$\qquad \ \ $ 1,3,9,27,81$\qquad \ \ $ 16,24,36,54,81

Duración 4: 2,6,18,54$\qquad \ \ $ 27,36,48,64$\qquad \ \ $ 7,14,28,56$\qquad \ \ $ 9,18,36,72$\qquad \ \ $ 11,22,44,88$\qquad \ \ $ 8,12,18,27

Estas progresiones cubrir el 33 números

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,14,16,18,20,22,24,27,28,32,36,40,44,48,54,56,64,72,80,81,88,96

Por otra parte, dos de la longitud de 5 progresiones geométricas solo tiene 3 números disjunta de las progresiones de longitud 6 y 7. Por lo tanto, la mejor manera de la cobertura de estas 33 números es cubrir el 30 de ellos con 6 progresiones geométricas:

Las progresiones de longitud 7, 6, uno de 5 y 3 progresiones de longitud 4:

Longitud de 7: 1,2,4,8,16,32,64

Longitud 6: 3,6,12,24,48,96

Longitud 5: 5,10,20,40,80

Duración 4: 7,14,28,56$\qquad \ \ $ 9,18,36,72$\qquad \ \ $ 11,22,44,88

Hay 35 números que no están en progresión geométrica de longitud tres o más:

29,31,37,39,41,43,47,51,53,55,57,58,59,61,62,65,67,69, 71,73,74,77,78,79,82,83,85,86,87,89,91,93,94,95,97

Así que se necesitan 6 progresiones para cubrir 30 números, 18 de progresiones para cubrir 35 números (de hecho se refieren a 36), y el restante 35 números deben ser cubiertos con al menos 12 progresiones de longitud 3 (incluso si usted cubiertos 36 números con el 18 progresiones en el elemento antes de que usted necesita 12 para cubrir 34 números).

Por lo que necesita al menos 36 progresiones. Esta obligado se logra en la respuesta de jpvee, que por lo tanto es óptimo. Dado que el método de conteo de los números que están cubiertos por ciertas progresiones es también de jpvee, y mi única contribución fue contar cuántos números son cubiertos por las progresiones de longitud de 4 o más, la recompensa debe ser otorgado a jpvee.

4voto

z100 Puntos 112

1,2,4,8,16,32,64
3,6,12,24,48,96
5,10,20,40,80
7,14,28,56
11,22,44,88

13,26,52; 17,34,68; 19,38,76; 21,42,84; 23,46,92

9,15,25; 36,60,100; 49,63,81

27,45,75; 50,70,98

15 secuencias con 56 números. 44 permanece, así que 15 + 22 = 37.

No sólo el 37 solución, algunos reemplazos disponibles (36,54,81; 49,70,100; 18,30,50, 50,60,72), entonces, yo creo que el programa de ordenador que iba a encontrar la mejor solución de forma rápida, si es que existe.

¿Por qué no 9,27,81 incluido? No pasan tres "plazas" para un único triplete.

2voto

jpvee Puntos 951

Bonito problema! Uso de la ayuda de la computadora, me encontré que dentro de los enteros positivos por debajo de 100, hay
66 progresiones geométricas de longitud 3,
6 progresiones geométricas de longitud 4,
3 progresiones geométricas de longitud 5,
1 progresión geométrica de longitud y 6
1 progresión geométrica de longitud 7
(después de eliminar a aquellas que son propias de las subsecuencias de las más largas).

Estas progresiones de longitud 3 o más cubren un total de 65 enteros $\le 100$; denota el conjunto de estos 65 enteros por $\mathbb{M}$. Si el $6+3+1+1=11$ progresiones de longitudes $\ge4$ eran todos distintos (que lo son no), que juntos cubren $6\cdot4+3\cdot5+6+7=52$ elementos de $\mathbb{M}$; para el resto, al menos $\lceil(65-52)/3\rceil=5$ adicional de las progresiones de longitud 3 son necesarios.

El restante 35 enteros fuera de $\mathbb{M}$ sólo puede ser contenida en las progresiones de longitud 2 y por lo tanto necesitan, al menos, $\lceil35/2\rceil=18$ de las progresiones para cubrirlas.

Por lo tanto, un límite inferior de las progresiones necesario para cubrir todos los enteros positivos de hasta el 100 $11+5+18=34$.


Actualización 2015-08-08: acabo de ver que mi razonamiento es un poco defectuoso; ver mi comentario de abajo.

1voto

user8269 Puntos 46

100, 60, 36. 99, 66, 44. 98, 84, 72. 96, 48, 24, 12, 6, 3. 92, 46, 23. 90, 30, 10. 88, (44,) 22, 11. 84, 42, 21. 81, 54, (36,) (24,) 16. 80, 40, 20, (10,) 5. 76, 38, 19. 75, 45, 27. 68, 34, 17. 64, 32, (16,) 8, 4, 2, 1. Que los números 49, con 14 progresiones. Así que sin duda puede hacer con 40 secuencias. O podemos seguir adelante. 56, 28, 14, 7. 52, 26, 13. 49, 35, 25. Así, 38 secuencias.

EDIT: resulta que esta cuestión se discutió el año pasado en MathOverflow, y que incluso ha contribuido (un poco) a la discusión. Te recomiendo echar un vistazo a la discusión antes de continuar aquí.

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