Jaka jest najmniejsza liczba całkowita n taka, że n! = m cdot 10 ^ (2016)?

Jaka jest najmniejsza liczba całkowita n taka, że n! = m cdot 10 ^ (2016)?
Anonim

Odpowiedź:

# n = 8075 #

Wyjaśnienie:

Pozwolić #v_p (k) # bądź wielością # p # jako czynnik # k #. To jest, #v_p (k) # jest największą liczbą całkowitą taką, że # p ^ (v_p (k)) | k #.

Obserwacje:

  • Dla każdego #k w ZZ ^ + # i # p # pierwszorzędny, mamy #v_p (k!) = sum_ (i = 1) ^ k v_p (i) #

    (Można to łatwo udowodnić poprzez indukcję)

  • Dla dowolnej liczby całkowitej #k> 1 #, mamy # v_2 (k!)> v_5 (k!) #.

    (Jest to intuicyjne, jako wielokrotność mocy #2# występują częściej niż wielokrotności równoważnych mocy #5#i może być udowodnione rygorystycznie przy użyciu podobnego argumentu)

  • Dla #j, kw ZZ ^ + #, mamy #j | k <=> v_p (j) <= v_p (k) # dla każdego głównego dzielnika # p # z #jot#.

Kontynuując, naszym celem jest znalezienie najmniejszej liczby całkowitej # n # takie # 10 ^ 2016 | n! #. Tak jak # 10 ^ 2016 = 2 ^ 2016xx5 ^ 2016 #, następnie przez trzecią obserwację musimy tylko to potwierdzić # 2016 <= v_2 (n!) # i # 2016 <= v_5 (n!) #. Druga obserwacja oznacza, że ta druga implikuje pierwszą. Zatem wystarczy znaleźć najmniejszą liczbę całkowitą # n # takie # v_5 (n!) = sum_ (i = 1) ^ nv_5 (i)> = 2016 #.

Znaleźć # n # zrobimy obserwację, która pozwoli nam obliczyć # v_5 (5 ^ k!) #.

pomiędzy #1# i # 5 ^ k #, tam są # 5 ^ k / 5 # wielokrotności #5#, z których każdy przyczynia się przynajmniej #1# do sumy #sum_ (i = 1) ^ (5 ^ k) v_5 (i) #. Istnieje również # 5 ^ k / 25 # wielokrotności #25#, z których każdy stanowi dodatkowy #1# do sumy po początkowym zliczeniu. Możemy postępować w ten sposób, dopóki nie osiągniemy pojedynczej wielokrotności # 5 ^ k # (który jest # 5 ^ k # sam), który przyczynił się # k # razy do sumy. Obliczamy sumę w ten sposób

# v_5 (5 ^ k!) = sum_ (i = 1) ^ (5 ^ k) v_5 (i) = suma (i = 1) ^ (k) 5 ^ k / 5 ^ i = suma (i = 1) ^ k5 ^ (ki) = sum_ (i = 0) ^ (k-1) 5 ^ i = (5 ^ k-1) / (5-1) #

Tak więc znajdujemy to # v_5 (5 ^ k!) = (5 ^ k-1) / 4 #

Wreszcie znajdziemy # n # takie # v_5 (n!) = 2016 #. Jeśli obliczymy # v_5 (5 ^ k!) # dla kilku wartości # k #, znaleźliśmy

# v_5 (5 ^ 1) = 1 #

# v_5 (5 ^ 2) = 6 #

# v_5 (5 ^ 3) = 31 #

# v_5 (5 ^ 4) = 156 #

# v_5 (5 ^ 5) = 781 #

Tak jak #2016 = 2(781)+2(156)+4(31)+3(6)#, # n # potrzebuje dwóch „bloków” #5^5#, dwa z #5^4#, cztery z #5^3#i trzy z #5^2#. Tak więc dostajemy

#n = 2 (5 ^ 5) +2 (5 ^ 4) +4 (5 ^ 3) +3 (5 ^ 2) = 8075 #

Komputer może szybko to sprawdzić #sum_ (i = 1) ^ (8075) v_5 (i) = 2016 #. A zatem #10^2016 | 8075!#, i jako #5|8075!# z wielością #2016# i #5|8075#, jasne jest, że nie wystarczy mniejsza wartość.