Was ist die kleinste ganze Zahl n, so dass n! = m cdot 10 ^ (2016)?

Was ist die kleinste ganze Zahl n, so dass n! = m cdot 10 ^ (2016)?
Anonim

Antworten:

# n = 8075 #

Erläuterung:

Lassen #v_p (k) # sei die Vielfalt von # p # als ein Faktor von # k #. Das ist, #v_p (k) # ist die größte ganze Zahl # p ^ (v_p (k)) | k #.

Beobachtungen:

  • Für alle #k in ZZ ^ + # und # p # Prime haben wir #v_p (k!) = sum_ (i = 1) ^ k v_p (i) #

    (Dies kann leicht durch Induktion nachgewiesen werden)

  • Für jede ganze Zahl #k> 1 #, wir haben # v_2 (k!)> v_5 (k!) #.

    (Dies ist intuitiv, als Vielfache von #2# häufiger als ein Vielfaches von äquivalenten Potenzen #5#und kann mit einem ähnlichen Argument rigoros bewiesen werden)

  • Zum #j, k in ZZ ^ + #, wir haben #j | k <=> v_p (j) <= v_p (k) # für jeden Hauptdivisor # p # von # j #.

Unser Ziel ist es, die kleinste ganze Zahl zu finden # n # so dass # 10 ^ 2016 | n! #. Wie # 10 ^ 2016 = 2 ^ 2016xx5 ^ 2016 #durch die dritte Beobachtung brauchen wir das nur zu bestätigen # 2016 <= v_2 (n!) # und # 2016 <= v_5 (n!) #. Die zweite Beobachtung bedeutet, dass letztere die erstere impliziert. Daher reicht es aus, die kleinste ganze Zahl zu finden # n # so dass # v_5 (n!) = sum_ (i = 1) ^ nv_5 (i)> = 2016 #.

Finden # n # Wir werden eine Beobachtung machen, die es uns erlaubt zu berechnen # v_5 (5 ^ k!) #.

Zwischen #1# und # 5 ^ k #, es gibt # 5 ^ k / 5 # Vielfache von #5#, die jeweils mindestens einen Beitrag leisten #1# auf die Summe #sum_ (i = 1) ^ (5 ^ k) v_5 (i) #. Es gibt auch # 5 ^ k / 25 # Vielfache von #25#, die jeweils einen zusätzlichen Beitrag leisten #1# auf die Summe nach der Anfangszählung. Wir können auf diese Weise vorgehen, bis wir ein einziges Vielfaches von erreichen # 5 ^ k # (welches ist # 5 ^ k # selbst), was dazu beigetragen hat # k # mal zur summe. Wir berechnen die Summe auf diese Weise

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

So finden wir das # v_5 (5 ^ k!) = (5 ^ k-1) / 4 #

Zum Schluss werden wir finden # n # so dass # v_5 (n!) = 2016 #. Wenn wir rechnen # v_5 (5 ^ k!) # für mehrere Werte von # k #, wir finden

# 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 #

Wie #2016 = 2(781)+2(156)+4(31)+3(6)#, # n # braucht zwei "Blöcke" von #5^5#, zwei von #5^4#vier von #5^3#und drei davon #5^2#. So bekommen wir

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

Ein Computer kann das schnell überprüfen #sum_ (i = 1) ^ (8075) v_5 (i) = 2016 #. Somit #10^2016 | 8075!#, und wie #5|8075!# mit vielfalt #2016# und #5|8075#Es ist klar, dass kein geringerer Wert ausreicht.