Baltian Tie 2005 ratkaisuja



Samankaltaiset tiedostot
33. pohjoismainen matematiikkakilpailu 2019 Ratkaisut

Geometriaa kuvauksin. Siirto eli translaatio

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015


Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2008

IMO 2004 tehtävät ja ratkaisut

Matematiikan olympiavalmennus

a b c d

Ratkaisut vuosien tehtäviin

Matematiikan olympiavalmennus

Kun luku kirjoitetaan tavalliseen tapaan, niin luvussa on numeroita a) pariton määrä b) 47 c) 48 d) 141

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Juuri 3 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Matematiikan olympiavalmennus 2015 helmikuun helpommat

Matematiikan olympiavalmennus

Kenguru 2019 Student Ratkaisut

{ 2v + 2h + m = 8 v + 3h + m = 7,5 2v + 3m = 7, mistä laskemmalla yhtälöt puolittain yhteen saadaan 5v + 5h + 5m = 22,5 v +

Harjoitustehtävät, joulukuu 2013, (ehkä vähän) vaativammat

! 7! = N! x 8. x x 4 x + 1 = 6.

57. kansainväliset matematiikkaolympialaiset Hongkongissa

joissa on 0 4 oikeata vastausta. Laskimet eivät ole sallittuja.

Pythagoraan polku

Baltian Tie 2004 ratkaisuja

Baltian Tie Ratkaisuja

Hilbertin aksioomat ja tarvittavat määritelmät Tiivistelmä Geometria-luentomonisteesta Heikki Pitkänen

a b c d

Baltian Tie Ratkaisuja

a b c d

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

1. a. Ratkaise yhtälö 8 x 5 4 x + 2 x+2 = 0 b. Määrää joku toisen asteen epäyhtälö, jonka ratkaisu on 2 x 1.

Harjoitustehtävät, syyskuu Helpommat

Matematiikan olympiavalmennus 2015 syyskuun tehtävät

Avaruusgeometrian kysymyksiä

Tekijä Pitkä matematiikka On osoitettava, että jana DE sivun AB kanssa yhdensuuntainen ja sen pituus on 4 5

Tehtävä 1. Oletetaan että uv on neliö ja (u, v) = 1. Osoita, että kumpikin luvuista u ja v on. p 2j i. p j i

Matematiikan olympiavalmennus 2015 toukokuun tehtävät

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Ratkaisut Summa on nolla, sillä luvut muodostavat vastalukuparit: ( 10) + 10 = 0, ( 9) + 9 = 0,...

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

= f q. , q. q +1 = p + q. Luvuilla p+q ja q ei ole yhteisiä

XXIII Keski-Suomen lukiolaisten matematiikkakilpailu , tehtävien ratkaisut

Tehtävien ratkaisut

C. Montako prosenttia pinta-ala kasvaa, jos mittakaava suurenee 5%? a) 5 % b) 7 % c) 9 % d) 10 % e) 15 %

29. Pohjoismainen matematiikkakilpailu

Tekijä Pitkä matematiikka

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. 8 ( 1)

Tekijä Pitkä matematiikka Poistetaan yhtälöparista muuttuja s ja ratkaistaan muuttuja r.

c) 22a 21b x + a 2 3a x 1 = a,

joissa on 0 4 oikeata vastausta. Laskimet eivät ole sallittuja.

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 2

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

Valmennustehtävien ratkaisuja, lokakuu 2013 Helpompi sarja. 1. Etsi kaikki reaalikertoimiset polynomit f, joille.

2.1. Tehtävänä on osoittaa induktiolla, että kaikille n N pätee n = 1 n(n + 1). (1)

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2012

Lukion matematiikkakilpailun avoimen sarjan ensimmäinen kierros 2014

MAA15 Vektorilaskennan jatkokurssi, tehtävämoniste

Kenguru 2019 Student lukio

= = = 1 3.

Ratkaisut vuosien tehtäviin

C. Montako prosenttia pinta-ala kasvaa, jos mittakaava suurenee 5%? a) 5 % b) 7 % c) 9 % d) 10 % e) 15 %

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA III BASICS OF NUMBER THEORY PART III. Tapani Matala-aho MATEMATIIKKA/LUTK/OULUN YLIOPISTO

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA III BASICS OF NUMBER THEORY PART III

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Harjoitustehtävät, syys lokakuu Helpommat

x+3 = n(y 3) y +n = 3(x n). Kun ylemmästä yhtälöstä ratkaistaan x = n(y 3) 3 ja sijoitetaan alempaan, saadaan

Helsingin seitsemäsluokkalaisten matematiikkakilpailu Ratkaisuita

Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

57. kansainväliset matematiikkaolympialaiset Hongkongissa

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

Matematiikassa väitelauseet ovat usein muotoa: jos P on totta, niin Q on totta.

a) Arkistokatu ja Maaherrankatu ovat yhdensuuntaiset. Väite siis pitää paikkansa.

2 Pistejoukko koordinaatistossa

y + z. z + xyz

Kenguru Student (lukion 2. ja 3. vuosi) sivu 1 / 6

Pituus on positiivinen, joten kateetin pituus on 12.

Baltian Tie 2000 ratkaisuja

Määritelmä, alkuluku/yhdistetty luku: Esimerkki . c) Huomautus Määritelmä, alkutekijä: Esimerkki

Pythagoraan polku , ratkaisut

Ympyrä 1/6 Sisältö ESITIEDOT: käyrä, kulma, piste, suora

4.3 Kehäkulma. Keskuskulma

Baltian Tie Ratkaisuja

+ + + y:llä. Vuoden 2017 lopussa oppilasmäärät ovat siis a =1,05x ja b =1,10y, mistä saadaan vuoden 2017 alun oppilasmäärien suhteeksi.

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

Pythagoraan polku 2004 Malliratkaisuja

x 2 + y 2 = 2z y 2 + z 2 = 2x z 2 + x 2 = 2y a + n 1 n a a + 1 a +. On myös helppo tarkastaa, että ratkaisut toteuttavat yhtälön.

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 180 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

a ord 13 (a)

Ortogonaalinen ja ortonormaali kanta

Matematiikan mestariluokka, syksy

52. Kansainväliset matematiikkaolympialaiset

Kansainväliset matematiikkaolympialaiset 2015 tehtävien ratkaisuja

Transkriptio:

Baltian Tie 2005 ratkaisuja. Osoitetaan, että jonossa on aina kaksi samaa lukua. Olkoon k pienin positiivinen kokonaisluku, jolle on voimassa (k +) 9 2005 < 0 k. (Tällainen luku on olemassa, koska epäyhtälön vasen åpuoli on k:n ensimmäisen asteen polynomi ja oikea puoli eksponenttifunktio.) Osoitetaan, että on olemassa n 0 niin, että a n :n kymmenjärjestelmäesityksen numeroiden lukumäärä on pienempiu kuin k + kaikilla n>n 0.Olkoona i :ssä tasan j + numeroa, ts. 0 j a i < 0 j+. Osoitetaan että ()jos j<k, niin a i+ :ssä onvähemmän kuin k + numeroa, ja (2) jos k j, niin a i+ <a i. (): Koska a i+ (j +) 9 2005 < (k +) 9 2005 < 0 k, niin a i :ssä onvähemmän kuin k + numeroa. (2): Jälleen a i+ (j +) 9 2005.Koskaj k, a i 0 j > (j +) 9 2005 a i+. Todistetaan nyt tehtävän väite. Jos a 0 :ssa on enintään k numeroa, niin kaikissa jonon jäsenissä on ():n perusteella enintään k numeroa. Jono on rajoitettu ja päättymätön, joten sen taytyy kohdata jokin sama luku useamman kerran. Jos a 0 :ssa on numeroita k + tai enemmän, jono alkaa vähenevänä. Jossain termissä a n0 on silloin enintään k numeroa, ja tästä alkaen kaikissa jonon termeissä onenintään k numeroa. Laatikkoperiaatteesta seuraa taas, että jonossa on samoja lukuja. 2. Koska + tan 2 x =, todistettava epäyhtälö on cos 2 x cos 2 α + cos 2 β + cos 2 γ + 8 = 27 8. Sovelletaan harmonisen ja aritmeettisen keskiarvon epäyhtälöä ja aritmeettisen ja neliöllisen keskiarvon epäyhtälöä: cos 2 α + cos 2 β + cosα +cos 2 β +cos 2 γ cos 2 γ ( sin α +sinβ +sinγ = Väite seuraa. = (sin2 α +sin 2 β +sin 2 γ) ) 2 = 8 9.. Jonon määritelmästä seuraa heti, että a k+2 >a k + 2 a k+. Kun tämmä epäyhtälö jaetaan luvlla a k a k+ a k+2 ja termit järjestetään uudelleen, saadaan 2 2 <. a k a k+2 a k a k+ a k+ a k+2 Näin tehtävän summalle saadaa teleskooppinen yläraja: 98 98 ( ) 2 2 < = 2 2 < 2 =4. a k a k+2 a k a k+ a k+ a k+2 a a 2 a 99 a 00 a a 2 k= k= 4. Olkoon Q(x) =x 2 +. Tehtävän yhtälö onp (Q(x)) = Q(P (x)). Tämän yhtälön toteuttavat ainakin P (x) =x, P (x) =Q(x) =x 2 + ja P (x) =Q(Q(x)) = (x 2 +) 2 + = x 4 +2x 2 +2.

2 5. Koska kaikilla positiivisilla reaaliluvuilla x on 2x x 2 +, niin a a 2 +2 + b b 2 +2 + c c 2 +2 a 2a + + b 2b + + c 2c + = 2+ a + 2+ b + 2+ b. Tehtävän epäyhtälö on siis yhtäpitäväepäyhtälön ( 2+ )( 2+ ) ( + 2+ )( 2+ ) ( + 2+ )( 2+ ) ( 2+ )( 2+ )( 2+ ) b c a c a b a b c kanssa. Kun tässä suoritetaan kertolaskut, niin nähdään edelleen, ettätehtävän epäyhtälö on yhtäpitävä epäyhtälön ab + bc + ca + abc 4 eli ab + bc + ca kanssa. Mutta vimeinen epäyhtälö seuraa heti aritmeettisen ja geometrisen keskiarvon epäyhtälöstä jaoletuksestaabc =: ( ab + bc + ) ca =. abc 6. Jakoyhtälön mukaan N = qk + r, 0 r<k. Numeroidaan kortit numeroilla yhdestä N:ään, alkaen pakan pohjalta. Kortit N (j ) siirtyvät korteiksi j, j K ja kortit m, m N K siirtyvät korteiksi m + K. Selvitetään, miten kortit, joiden numero on, 2,..., K vaihtavat paikkaa sekoitusoperaatioissa. Olkoon i r. Silloin kortin numero i paikka vaihtuu seuraavasti: i K +i 2K +i qk +i r + i K +r + i qk +r + i i Tähän kiertoon tarvitaan 2q +2 sekoitusta. Kortit i, r<i K puolestaan kiertävät näin: i K + i 2K + i (q )K + i K + r + i 2K + r + i qk + r + i i. Tämän kierron pituus on 2q sekoitusta. Jokainen luku, 2,..., N on mukana jommassakummassa kierrossa. Jokainen kortti palaa siis alkuperäiselle paikalleen joko 2q +2:ntai 2q:n sekoituksen jälkeen. Lukujen 2q ja 2q + 2 pienin yhteinen monikerta on 2q(q +). Jokainen kortti palaa paikalleen viimeistään 2q(q+):n sekoituksen jälkeen. Koska q+ 2q, niin ( ) 2 N 2q(q +) (2q) 2 4, K ja väite on todistettu.

7. Oletetaan, että taulukossa on rivi, jossa on tasan yksi nolla; voidaan olettaa, että brivi on (,,,,, 0). Jos nyt (x,x 2,x,x 4,x 5, ) on taulukon rivi, niin myös (x,x 2,x,x 4,x 5, 0) on taulukon rivi; taulukon viimeisessä sarakkeessa on siten ainakin puolessa riveistä 0. Oleteaan sitten, että jossain rivissä olisi tasan kaksi nollaa; voidaan olettaa, että rivion(x,x 2,x,x 4, 0, 0). Olkoon k ij sellaisten sivien lukumäärä, joiden kaksi viimeistä lukua ovat i ja j. Samoin kuin yllä nähdään, että n 00 n. Voimme olettaa, että n 0 n 0. Viimeisessä sarakkeessa on n 00 + n 0 nollaa ja n + n 0 ykköstä; nollia on siis ainakin yhtä monta kuin ykkösiä. Oletetaan sitten, että kaikissa riveissä on ainakin kolme nollaa (paitsi mahdollisesti rivissä (,,,,, ), jos sellainen taulukossa on.) Koska n, taulokossa on ainakin kaksi riviä, joissa on nollia. Koska rivit eivät ole samoja, niiden alkioiden tulojen joukossa on ainakin neljä nollaa. Taulukon nollien määrä on siis suurempi kuin (n ). Ei ole mahdollista, että jokaisessa sarakkeessa olisi enintään n nollaa; siis jossain sarakkeessa on oltava n 2 2 nollaa. 8. Osoitetaan, että onväritettävä ainakin 48 neliötä. Osoitetaan ensin, että 48neliötä riittää. Tämä nähdään seuravalla tavalla. Olkoon A jokin ruudukon lävistäjälläoleva yksikköneliön kärkipiste ja olkoon B se lävistäjän kärkipiste, joka on kauimpana A:sta. Väritetään neliö, jonka lävistäjä onab. Kun sama tehdään kaikille 48:lle lävistän pisteelle, jotainen ruudukon sivu tulee väritetyksi. Se, että neliöitä tarvitaan ainakin 48, nähdään tarkastelemalla niitä ruudukon yksikköjanoja, joiden toinen ja vain toinen päätepiste on ison neliön reunalla. Selvästi mikään ruudukkoon piirretty neliö ei voi sisältää kuin enintään kaksi tällaista janaa. Janoja on 4 24 kappaletta, joten neliöitä tarvitaan ainakin 48. 9. Hahmotetaan n -ruudukko niin, että siinä onn kolmen ruudun levyistä vaakariviä ja kolme n:n ruudun korkousta saraketta. Sanotaan tällaista ruudukkoa A n -ruudukoksi. Tarkastellaan myös sellaista ruudukkoa, jossa ylimmällä rivillä on jommassakummassa laidassa kaksi vierekkäistä ruutua ja niiden alapuolella n 2 kolmen ruudun levyistä riviä. Kutsutaan näitä B n -ruudukoiksi. Olkoon n parillinen. Olkoon A n -ruudukkojen 2-paloittelujen lukumäärä N n ja B n -ruudukkojen vastaava lukumäärä K n. Johdetaan suureille N n ja K n palautuskaava. A n -ruudukon kaksi ylintä riviä voidaan paloitella sarakkeiden suuntaisilla 2 dominoilla vain yhdellä tavalla, ja alemmat n 2 riviä N n 2 :lla tavalla. A n -ruudukko voidaan paloitella myös niin, että erotetaan siitä B n ruudukko; tämä voidaan tehdä kahdella tavalla. yli jäävä neljän ruudun kuvio voidaan paloitella vain yhdellä tavalla. Kaikkiaan siis N n = N n 2 +2K n () ja N n+2 = N n +2K n+2. (2) Tarkastellaan sitten B n+2 -ruudukon paloittelua. Siitä voidaan irrottaa ylin vajaa rivi omaksi palakseen, loppu on A n -ruudukko, joka siis voidaan paloitella N n eri tavalla. on myös mahdollista erottaa B n+2 ruudukosta kolme sarakkeiden suuntaista palaa, ja silloin jäljelle jää B n -ruudukko, jonka voi paloitella K n eri tavalla. Siis K n+2 = N n + K n. ()

Yhtälöistä (), (2) ja () on helppo eliminoida K n+2 ja K n ;jäljelle jää yhtälö N n+2 = 4N n N n 2 ja N n+2 N n N n 2 mod. Heti nähdään, että N 2 = 0modja N 4 = 2 mod. Induktio-oletuksesta N 6k+2 0modseuraaN 6k+6 N 6k+4 mod ja N 6(k+)+2 0 mod. Koska 200 = 6+2,N 200 on kolmella jaollinen. 0. Viisialkioisella joukolla K = {2,, 5, 7, } on kymmenen kahden alkion osajoukkoa. Jos valitaan kolme lukua niiden kymmenen m:n kahden alkuluvun tulon muotoisten tekijöiden joukosta, joiden molemmat tekijät ovat joukossa K, tuloeivoiollam (koska tekijä ei ole mukana). Siis n. Jaetaan 5-alkioinen M viideksi osajoukoksi, joista jokaisessa alkioiden tulo on m: {2, 5, 7 }, {2 5, 7, }, {2 7,, 5 }, {2, 5, 7 } ja {2,, 5 7}. Jos nyt valitaan mitkä tahansa M:n lukua, niin laatikkoperiaatteen nojalla jotkin kolme, a, b ja c, kuuluvat samaan edellisistä viidestä joukosta. Silloin abc = m. 4. Piirretään kolmioiden ADC ja EBC ympärysympyrät. NiidentoinenleikkauspisteonP. Koska kahden toisiaan leikkaavan ympyrän yhteinen jänne on kohtisuorassa ympyröiden keskipisteiden kautta kulkevaa suoraa vastaan, CP KL. Kolmio CKL on tasakylkinen, jos sen C:stä piirretty korkeusjana yhtyy kulman C puolittajaan. On siis osoitettava, että CP on kulman ACB puolittaja. Tätä varten tarkastellaan jännenelikulmiota AP DC. Jännenelikulmion perusominaisuuden perusteella CAP = BDB. Jännenelikulmiosta CEPB saadaan samoin PBD = PEA.KoskaAE = BD, kolmiot AP E ja DPB ovat yhteneviä (ksk). Tästä seuraa, että kolmioiden P :stä suorille AC ja BC piirretyt korkeusjanat ovat yhtä pitkät. Mutta tämä merkitsee, että CP on kulman ACB puolittaja. 2. Olkoot A, B, C ja D pisteiden A, B, C ja D kohtisuorat projektiot suoralla MN ja olkoot A ja B pisteiden D ja C kohtisuorat projektiot suorilla AA ja BB.Väite tulee todistetuksi, kun osoitetaan, että kolmiot DD P ja CC Q ovat yhteneviä. Koska AM = M B ja DN = NC, suorakulmaisista kolmioista AA M, BB M ja DD N, CC N saadaan AA = BB ja DD = CC. Nelikulmiot A D DA ja C B B C ovat suorakaiteita, joten A A = DD = CC = B B ja AA = BB.KoskaAD = BC ja kolmiot AA D ja BB C ovat suorakulmaisia, ne ovat yhteneviä. Siis DAA = CBB. Koska DD AA ja CC BB, niin PDD = DAA ja QCC = CBB. Siis PDD = QCC, jaten kolmiot DD P ja CC Q ovat todellakin yhteneviä (ksk).. Jos ympyrän säde on 2, sen halkaisjan pituus on pienempi kuin. (a) Tarkastellaan suorakaiteen kärkiä ja pitempien sivujen keskipisteitä. Mitkä tahansa kaksi näistä

ovat ainakin kolmen yksikön päässä toisistaan. Mitkään kaksi eivät siis voi olla saman ympyrän sisällä. Ympyröitä tarvitaan siis ainakin kuusi. Toisaalta 2 2-neliön ympärysympyrän säde on 2. Kuusi tällaista neliötä peittää 6 -suorakaiteen, joten suorakaide voidaan peittää kuudella 2-säteisellä ympyrällä. (b) Suorakaiteen keskipisteen etäisyys suorakaiteen kärjestä on ( ) 2 ( ) 2 5 + = 4 > 2 = 2 2. 2 2 2 2 Ympyrä, jonka säde on 2 ei voi peittää suorakaiteen kärkeä jakeskipistettä. Ympyröitä tarvitraan siis ainakin viisi. Suorakaide voidaan jakaa kolmeksi 2 5 -suorakaiteeksi ja kahdeksi 5 -suorakaiteeksi. On helppo todeta, että tällaisten suorakaiteiden lävistäjä 2 ovat lyhempiä kuin2 2, joten ne voidaan peittää 2-säteisillä ympyröillä. Viisi ympyrää riittää. 5 4. Täydennetään kolmion ABC suunnikkaaksi ABCF. Silloin piste F on ympyrällä, jonka keskipiste on C ja halkaisija DE. Thaleen lauseen nojalla DFE on suora. Koska BD = BP, BE = BQ ja BF = BM, D, E ja F ovat pisteiden P, Q ja M kuvat B-keskisessä homotetiassa, jossa suurennussuhde on. Siis myös PMQ on suora. 5. Käytetään hyväksi kahden ympyrän radikaaliakselin käsitettä. Radikaaliakseli on niiden pisteiden joukko, joiden potenssi on kummankin ympyrän suhteen sama. Radikaaliakseli on aina suora, ja jos ympyrät leikkaavat, se on leikkauspisteiden kautta kulkeva suora. Olkoot nyt A ja C suorien a ja c ja suoran BD leikkauspisteet sekä B ja D suoran AC ja suorien b ja d leikkauspisteet. Suorista kulmista nähdään heti, että pisteet A, D,Oja D ovat samalla ympyrällä ω, pisteet C, B,Oja B samalla ympyrällä ω, pisteet D, C, D ja C samalla ympyrällä ω 2 ja pisteet A, B, A sekä B samalla ympyrällä ω 4.PisteO on ympyröiden ω ja ω 2 radikaaliakselilla. Piste Y on sekä ympyröiden ω ja ω että ympyröiden ω 2 ja ω radikaaliakselilla. Siten pisteen Y potenssi ympyröiden ω ja ω 2 suhteen on sama, joten Y on näiden ympyröiden radikaalikaselilla. Vastaavasti nähdään, että X on sekä ympyröiden ω ja ω 4 että ympyröiden ω 2 ja ω 4 radikaaliakselilla. Se on siis myös ympyröiden ω ja ω 2 radilaaliakselin piste. Näin ollen X, Y ja O ovat samalla suoralla. 6. Oositetaan ensin, ettäväite pätee, kun q on alkuluku. Koska (n+) p n p = aq, luvuilla n + ja q ja n ja q on sama suurin yhteinen tekijä. Sen on, koska peräkkäisistä luvuista

n ja n + ainakin toinen on q:lla jaoton. Luvulla n on siis käänteisluku mod q; olkoon se m. Siis mn modq. Jos s = m(n + ), niin s p = m p (n +) p m p n p modq. Olkoon t pienin positiivinen kokonaisluku, jolle s t mod q. Silloin t p. (Jos olisi p = at + b, 0<b<t, niin s p = s at+b =(s t ) a s b s b mod q, mikä olisi ristiriidassa t:n määritelmän kanssa.) Koska p on alkuluku, niin t =tait = p. Jos olisi t =, olisi m(n +) modq ja m 0modq, mn 0modq. Siis t = p. Fermat n pienen lauseen nojalla s q modq. Siis p on q :n tekijä. Jos mille tahansa luvun q kahdelle tekijälle q ja q 2 pätee, että q jaq 2 ovatp:llä jaollisia, niin identiteetistä (q )(q 2 ) = q q 2 (q ) (q 2 ) seuraa, että q q 2 onp:llä jaollinen. Tästä ja todistuksen alkuosasta seuraa helposti, että tehtävän väite pätee myös, jos q on yhdistetty luku. 7. Määritelään jono y n asettamalla y n =2x n. Nyt y n =2(2x n x n 2 x n x n 2 +) =4x n x n 2 2x n 2x n 2 +=(2x n )(2x n 2 ) = y n y n 2, kun n 2. Siis y n+ = y n+2 y n+ = yn+ 2 y n. Luku y n+ on neliöluku jos ja vain jos luku y n on neliöluku. Koska y 0 =2a, tehtävän ehto toteutuu, kun y 0 on pariton neliöluku, y 0 =(2m ) 2,ja a = ( (2m ) 2 + ), 2 m positiivinen kokonaisluku. 8. Olkoon x =2 s a ja y =2 t b, a ja b parittomia kokonaislukuja. Voidaan olettaa, että s t. Silloin z = 22+t+s ab 2 t (2 s t a + b) = 2s+2 ab 2 s t a + b. Jos olisi s t>0, niin z:n nimittäjä olisi pariton, ja z olisi parillinen. Siis s = t ja z = 2s+2 ab a + b. Olkoon sitten a = de, b = df, missä e:n ja f:n suurin yhteinen tekijä on.nyt z = 2s+2 def e + f. Koska z on pariton, e + f on jaollinen 22 + 2:lla ja siis ainakin 4:llä. Koska e ja f ovat parittomia kokonaoislukuja, toisen esimeskiksi e:n, on oltava = mod 4. Mutta e:n ja e + f:n suurin yhteinen tekijä on,jotene on z:n tekijä, ja väite on todistettu. 9. Lähdetään liikkeelle jostain Pythagoraan kolmikosta, esimerkiksi yhtälöstä 2 +4 2 = 5 2. Silloin 2 ( 2 +4 2 )+4 2 5 2 =( ) 2 +( 4) 2 +(4 5) 2 =(5 5) 2.Näin on saatu kolmen neliöluvun summa, joka on neliöluku. Menetelmä voidaan toistaa mielivaltaisen monesti ja päästä tilanteeseen, jossa mielivaltaisen monen neliöluvun summa on neliöluku. 6

20. Oletetaan, että p k on n:n alkutekijöistä suurin. Olkoon m =(p +)(p 2 +) (p k +). Silloin p k on m:n ja siis myös jonkin p i +:n alkutekijä. Oletetaan, että p k >. Jos p i =2, niin p i + <p k. Ristiriita. Jos p i > 2, niin p i + on parillinen, ja sen tekijät 2 ja 2 (p i +) ovat <p k. Ristiriita. Siis p k jan =2 r s. Vastaavasti m = r 4 s =2 2s r. n m jos ja vain jos s r 2s. 7