Za prirodni broj k k k veći od 2 2 2 , svaki je broj iz skupa { 6 , 8 , 10 , … , 2 k } \{6,8,10,\ldots,2k\} { 6 , 8 , 10 , … , 2 k } pomnožen sa svakim brojem iz skupa { 5 , 7 , 9 , … , 2 k − 1 } \{5,7,9,\ldots,2k-1\} { 5 , 7 , 9 , … , 2 k − 1 } te je S k S_k S k zbroj svih dobivenih umnožaka.
Za koji k k k vrijedi S k = 21 000 S_k=21\ 000 S k = 21 000 ?
Rješenje Množenjem zbroja svih elemenata prvog skupa i zbroja svih elemenata drugog skupa dobivamo zbroj svih umnožaka jednog broja iz prvog skupa i jednog broja iz drugoga skupa, pa je zato
S k = ( 6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k ) ⋅ ( 5 + 7 + 9 + ⋯ + ( 2 k − 1 ) ) . S_k=(6+8+10+\cdots+2k)\cdot(5+7+9+\cdots+(2k-1)). S k = ( 6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k ) ⋅ ( 5 + 7 + 9 + ⋯ + ( 2 k − 1 )) .
Uočimo da vrijedi
6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k = 2 ⋅ ( 3 + 4 + 5 + ⋯ + k ) = 2 ⋅ ( 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + ⋯ + k ) − 2 ⋅ ( 1 + 2 ) = 2 ⋅ k ( k + 1 ) 2 − 6 = k 2 + k − 6 = ( k − 2 ) ( k + 3 ) . \begin{aligned} 6+8+10+\cdots+2k &=2\cdot(3+4+5+\cdots+k)\\ &=2\cdot(1+2+3+4+5+\cdots+k)-2\cdot(1+2)\\ &=2\cdot\frac{k(k+1)}2-6=k^2+k-6=(k-2)(k+3). \end{aligned} 6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k = 2 ⋅ ( 3 + 4 + 5 + ⋯ + k ) = 2 ⋅ ( 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + ⋯ + k ) − 2 ⋅ ( 1 + 2 ) = 2 ⋅ 2 k ( k + 1 ) − 6 = k 2 + k − 6 = ( k − 2 ) ( k + 3 ) .
Na sličan način zaključujemo da je
5 + 7 + 9 + ⋯ + ( 2 k − 1 ) = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + ⋯ + ( 2 k − 1 ) + 2 k − ( 1 + 2 + 3 + 4 ) − ( 6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k ) = 2 k ( 2 k + 1 ) 2 − 10 − ( k − 2 ) ( k + 3 ) = 2 k 2 + k − 10 − k 2 − k + 6 = k 2 − 4 = ( k − 2 ) ( k + 2 ) . \begin{aligned} 5+7+9+\cdots+(2k-1) &=1+2+3+4+5+\cdots+(2k-1)+2k\\ &\quad-(1+2+3+4)-(6+8+10+\cdots+2k)\\ &=\frac{2k(2k+1)}2-10-(k-2)(k+3)\\ &=2k^2+k-10-k^2-k+6=k^2-4=(k-2)(k+2). \end{aligned} 5 + 7 + 9 + ⋯ + ( 2 k − 1 ) = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + ⋯ + ( 2 k − 1 ) + 2 k − ( 1 + 2 + 3 + 4 ) − ( 6 + 8 + 10 + ⋯ + 2 k ) = 2 2 k ( 2 k + 1 ) − 10 − ( k − 2 ) ( k + 3 ) = 2 k 2 + k − 10 − k 2 − k + 6 = k 2 − 4 = ( k − 2 ) ( k + 2 ) .
Vrijedi
S k = ( k − 2 ) 2 ( k + 2 ) ( k + 3 ) , S_k=(k-2)^2(k+2)(k+3), S k = ( k − 2 ) 2 ( k + 2 ) ( k + 3 ) ,
odnosno
( k − 2 ) 2 ( k + 2 ) ( k + 3 ) = 21000 = 2 3 ⋅ 3 ⋅ 5 3 ⋅ 7. (k-2)^2(k+2)(k+3)=21000=2^3\cdot3\cdot5^3\cdot7. ( k − 2 ) 2 ( k + 2 ) ( k + 3 ) = 21000 = 2 3 ⋅ 3 ⋅ 5 3 ⋅ 7.
Imamo sljedeće mogućnosti:
Ako je ( k − 2 ) 2 = 4 ⇒ k = 4 ⇒ k + 2 = 6 (k-2)^2=4\Rightarrow k=4\Rightarrow k+2=6 ( k − 2 ) 2 = 4 ⇒ k = 4 ⇒ k + 2 = 6 , k + 3 = 7 k+3=7 k + 3 = 7 , ali to ne daje 21000 21000 21000 .
Ako je ( k − 2 ) 2 = 25 ⇒ k = 7 ⇒ k + 2 = 9 (k-2)^2=25\Rightarrow k=7\Rightarrow k+2=9 ( k − 2 ) 2 = 25 ⇒ k = 7 ⇒ k + 2 = 9 , k + 3 = 10 k+3=10 k + 3 = 10 , također ne daje 21000 21000 21000 .
Ako je ( k − 2 ) 2 = 100 ⇒ k = 12 ⇒ k + 2 = 14 (k-2)^2=100\Rightarrow k=12\Rightarrow k+2=14 ( k − 2 ) 2 = 100 ⇒ k = 12 ⇒ k + 2 = 14 , k + 3 = 15 k+3=15 k + 3 = 15 , tada je:
S k = 100 ⋅ 14 ⋅ 15 = 21000. S_k=100\cdot14\cdot15=21000. S k = 100 ⋅ 14 ⋅ 15 = 21000.
Prema tome, za k = 12 k=12 k = 12 , zbroj svih umnožaka je 21000 21000 21000 .