Opgave 31

Het getal (5^2+9^2)(12^2+17^2) kan geschreven worden als som van twee kwadraten van positieve gehele getallen. Geef zo een schrijfwijze.

Antwoord

  • We zouden de vraag algemener kunnen stellen: schrijf (a^2+b^2)(c^2+d^2) als som van twee kwadraten.
  • Het is gemakkelijk aan te tonen dat dit product gelijk is aan (ac+bd)^2+(ad-bc)^2 of (ac-bd)^2+(ad+bc)^2.
  • Zo vinden we dat (5^2+9^2)(12^2+17^2)=93^3+193^3=213^2+23^2.
  • Je kan de oplossing ook vinden door gebruik te maken van complexe getallen.
  • Zo is 5^2+9^2 het kwadraat van de modulus van 5+9i.
  • Omdat de modulus van een product gelijk is aan het product van de moduli is (5^2+9^2)(12^2+17^2) het kwadraat van de modulus van o.a. (5+9i)(12+17i)=-93+193i. Zo bekom je hetzelfde resultaat.

 

 

Opgave 30

Plaats de eerste 20 getallen op een cirkel. S is de som van ( de positief getelde ) verschillen van twee aanliggende getallen. Wat zijn de minimum en maximum waarden voor S?

 

 

Antwoord

 

 

  • Proberen we eens uit met 4 getallen en noteer een schikking op de cirkel door bijvoorbeeld ( 1,3,2,4). De waarde van S is dan (3-1)+(3-2)+(4-2)+(4-1)=8. 
  • Als we de schikking (1,2,3,…,20) gebruiken, dan is het positief getelde verschil va twee buren altijd 1 behalve bij de buren 1 en 20. Dus s=19.1+19=38. Dit is duidelijk de minimumwaarde.
  • Noteer de getallen door a_1,a_2,...,a_{20}. Dan is elk verschil van de vorm \pm (a_{i+1}-a_i).
  • Bijgevolg is S=k_1a_1+k_2a_2+....+k_{20}a_{20} met k_i\in \{2,-2,0\} en waarvan de som van alle k_i gelijk is aan 0.
  • Dan wordt S gemaximaliseerd door h_1=h_2=...=h_{10}=-2 en h_{11}=h_{12}=...=h_{20}=2 en dan is S=-2(1+2+...+10)+2(11+12+...+20)=100
  • Dit kan je effectief verkrijgen door volgende schikking: (1,20,2,19,3,18,…,10,11).

 

Toepassingen op stelling van Fermat

Nog even in herinnering brengen, de kleine stelling van Fermat luidt: Als p een priemgetal is Ena en p onderling ondeelbaar zijn dan is

    \[a^{p-1}\equiv 1 \mod p\]

 of

    \[a^p \equiv a \mod p\]

 

Nu een paar toepassingen:

  • n^{13}-n is altijd deelbaar door 2730. Bewijs.
    Spoiler

    • ]We weten dat 2730 = 2.3.5.7.13. Te bewijzen is dan dat n^{13}-n\equiv 0 \mod 2730.
    • Het volstaat dus te bewijzen dat de opgave deelbaar is door de priemfactoren 2,3,5,7,13.
    • En inderdaad n^{13}-n\equiv 0 \mod 2,3,5,7 en 13 met behulp van de stelling van Fermat



  • 5^p-2*3^p+1 is een p-voud als p priem is. Bewijs. 
    Spoiler
    • Modulo p is 5^p\equiv 5 en 3^p÷equiv 3
    • Dus is 5^p-2*3^p+1 \ 5-2*3+1\equiv 0:mod p.




  • 1492^n-1771^n-1863^n+2141^n is steeds deelbaar door 1946. Bewijs dit  en volgende opgaven zelf!
  • n ^2+2n+12 is nooit deelbaar door 112. Tip : vul alle waarden van n in modulo 7.
  • Als n oneven is, dan eindigt de decimale schrijfwijze van 2^{2n}(2^{2n+1}-1) steeds op 28.
  • Voor welke n is n^{n+1}+(n+1)^n een drievoud?