Математика · 10 класс · Физтех 2024/25 · первый тур

Задача 1. Наименьший множитель до степени

Условие

Среди всех решений уравнения 3 930 400 x=yz3\,930\,400\,x = y^z, где xx, yy, zz — натуральные числа, причём z⩾2z \geqslant 2, найдите такое, при котором xx принимает наименьшее значение. В ответе укажите соответствующее значение yy.

О задаче · 10 класс
Олимпиада
Физтех (МФТИ)
Этап
Отборочный этап, первый тур (1 попытка)
Предмет / класс
Математика · 10 класс
Сезон
2024/25

Разложи 3 930 4003\,930\,400 на простые множители. Каким должен быть xx, чтобы получился квадрат? куб? Какой вариант дешевле? В модели подбирай xx и смотри на столбики простых множителей. Ниже можно сверить ответ — значение yy.

Записать идею

Личный черновик для заметок и расчётов. Он никуда не отправляется и не проверяется.

Исследуй задачу

Самостоятельное исследованиеСтолбики простых множителей

Пробуй свои варианты. Разбор останется закрытым.

Исследуй задачу

Столбики простых множителей

При каком наименьшем x все столбики режутся на одинаковое число равных слоёв?

Если модель не открылась (выключен JavaScript или страница загрузилась не полностью), условие, подсказки и разбор доступны и без неё.

Подсказка для решения без модели

Если модель не открылась, попробуй так. Разложи 3 930 400 на простые множители и выпиши показатели. Какие показатели получатся после умножения на 34? на 10? Когда все они делятся на одно и то же число больше 1?

Подсказка 1

3 930 400=25⋅52⋅1733\,930\,400 = 2^5 \cdot 5^2 \cdot 17^3. Число является zz-й степенью натурального числа ровно тогда, когда все показатели в его разложении на простые множители делятся на zz.

Подсказка 2

Для квадрата показатели 5,2,35, 2, 3 надо сделать чётными, для куба — кратными трём. Сравни нужные множители. Почему при z⩾4z \geqslant 4 множитель заведомо больше? Когда xx найден, yy — корень zz-й степени из 3 930 400 x3\,930\,400\,x.

Разобрать решение по шагам
1

Разложим число на простые множители

3 930 400=39 304⋅1003\,930\,400 = 39\,304 \cdot 100, а 39 304=343=23⋅17339\,304 = 34^3 = 2^3 \cdot 17^3. Поэтому

N=3 930 400=25⋅52⋅173.N = 3\,930\,400 = 2^5 \cdot 5^2 \cdot 17^3.

Равенство Nx=yzNx = y^z означает, что в разложении NxNx каждый простой множитель входит в степени, кратной zz (у yzy^z все показатели — показатели yy, умноженные на zz; и наоборот, если все показатели делятся на zz, число — zz-я степень).

2

Какой x нужен для каждого z

Лишние простые множители в xx только увеличивают его, поэтому наименьший xx состоит из двоек, пятёрок и семнадцатых: x=2α5β17γx = 2^\alpha 5^\beta 17^\gamma, и числа 5+α5 + \alpha, 2+β2 + \beta, 3+γ3 + \gamma должны делиться на zz. Каждый показатель поднимаем до ближайшего кратного zz.

z=2z = 2: 5→65 \to 6, 2→22 \to 2, 3→43 \to 4 — нужен x=2⋅17=34x = 2 \cdot 17 = 34.

z=3z = 3: 5→65 \to 6, 2→32 \to 3, 3→33 \to 3 — нужен x=2⋅5=10x = 2 \cdot 5 = 10.

z⩾4z \geqslant 4: показатель пятёрки 2+β2 + \beta должен быть хотя бы z⩾4z \geqslant 4, то есть β⩾2\beta \geqslant 2 и x⩾52=25x \geqslant 5^2 = 25.

3

Наименьший x и соответствующий y

Любой подходящий xx при z=2z = 2 делится на 3434, при z=3z = 3 — на 1010, при z⩾4z \geqslant 4 — на 2525. Значит, наименьший x=10x = 10, и он годится только для куба:

3 930 400⋅10=26⋅53⋅173=(22⋅5⋅17)3=3403.3\,930\,400 \cdot 10 = 2^6 \cdot 5^3 \cdot 17^3 = \left(2^2 \cdot 5 \cdot 17\right)^3 = 340^3.

Показатели 6,3,36, 3, 3 имеют наибольший общий делитель 33, поэтому при x=10x = 10 других представлений yzy^z с z⩾2z \geqslant 2 нет: z=3z = 3, y=340y = 340.

Проверка

3403=39 304 000=3 930 400⋅10340^3 = 39\,304\,000 = 3\,930\,400 \cdot 10. Перебор xx от 11 до 99 не даёт ни одной точной степени (тест модели проверяет это и единственность yy при наименьшем xx во всех версиях). Другие официальные версии: 7 030 400=27⋅52⋅1337\,030\,400 = 2^7 \cdot 5^2 \cdot 13^3 — квадрату нужен множитель 2626, кубу 2020, ответ y=23⋅5⋅13=520y = 2^3 \cdot 5 \cdot 13 = 520; 1 293 732=22⋅35⋅1131\,293\,732 = 2^2 \cdot 3^5 \cdot 11^3 — квадрату 3333, кубу 66, y=2⋅32⋅11=198y = 2 \cdot 3^2 \cdot 11 = 198; 1 757 600=25⋅52⋅1331\,757\,600 = 2^5 \cdot 5^2 \cdot 13^3 — квадрату 2626, кубу 1010, y=22⋅5⋅13=260y = 2^2 \cdot 5 \cdot 13 = 260.

Ответ

y=340y = 340 (при x=10x = 10, z=3z = 3).

Ответ

y=340y = 340 (при x=10x = 10, z=3z = 3).

Главная идея

Nx — z-я степень, когда все показатели в разложении делятся на z; сравниваем самые дешёвые множители для z = 2, 3 и z ⩾ 4, а y находим как корень.

«Число, умноженное на x, — точная степень» — разложение на простые множители и делимость показателей.

Где легко ошибиться

Остановиться на квадрате (x = 34) и ответить y = 11 560 вместо сравнения с кубом; ответить значением x вместо y; забыть, что при z ⩾ 4 нужно поднимать показатель пятёрки.

Источник и авторство

Олимпиада «Физтех» · математика · 10 класс · 2024/25 · отборочный этап, первый тур (1 попытка). Задача 1, версия с ID 3578 — первая в официальном файле; другие версии этого номера (ID 3588, 3589, 3590) можно выбрать в модели.

Официальные условия (PDF организатора, стр. 1) ↗ · Ответы и решения организатора ↗ · Архив заданий олимпиады ↗

Условие — из официального файла организатора. Подсказки, решение и модель — Popov Academy. Авторское решение записано до знакомства с решениями организатора; затем ответ совпадает с ответом организатора («Решения М10 1 попытка 2024», стр. 1 ↗: ID 3578: 340; ID 3588: 520; ID 3589: 198; ID 3590: 260.). Сверены все четыре официальные версии этого номера.

Продолжить тему: Делимость и простые множители →
Увеличенный рисунок