Квант

69

Ира Попова
Об одной задаче

Я расскажу об одной задаче, которую я придумала. Вот она: доказать, что число 42m−14^{2m} - 1 при натуральных m делится на 15. Придумала я ее так.

В 1973 году, я тогда училсь в 7-м классе, на облacтоной олимпиде была предложена следующая задача: доказать, что число 41973−14^{1973} - 1 составное. Я ее так решила:

41973−1=(21973)2−1=(21973+1)×(21973−1),4^{1973} - 1 = (2^{1973})^2 - 1 = (2^{1973} + 1) \times (2^{1973} - 1),

следовательно, 41973−14^{1973} - 1 делится на (21973±1)(2^{1973} \pm 1). Еще можно заметить, что

41−1=3 делится на 3,4^1 - 1 = 3 \text{ делится на } 3,
42−1=15 делится на 34^2 - 1 = 15 \text{ делится на } 3

и так далее, я проверила до 14-й степени, получавшиеся числа всегда делились на 3. Но доказать утверждение, что 4n−14^n - 1 делится на 3 при натуральных n, я тогда не смогла. Потом я его все же доказала:

4n−1=4n−4+3=4(4n−1−1)+3=4[4(4n−2−1)+3]+3=42(4n−2−1)+3.4+3=42(4n−2−1)+3(4+1)=⋯=4n(4n−n−1)+3(4n−1+4n−2+⋯+42+4+1)=3(4n−1+4n−2+4n−3+⋯+4n−n).4^n - 1 = 4^n - 4 + 3 = 4(4^{n-1} - 1) + 3 = 4[4(4^{n-2} - 1) + 3] + 3 = 4^2(4^{n-2} - 1) + 3.4 + 3 = 4^2(4^{n-2} - 1) + 3(4 + 1) = \dots = 4^n(4^{n-n} - 1) + 3(4^{n-1} + 4^{n-2} + \dots + 4^2 + 4 + 1) = 3(4^{n-1} + 4^{n-2} + 4^{n-3} + \dots + 4^{n-n}).

Таким способом можно доказать много интересных утверждений, например: если показатель степени n делится на какое-нибудь число m, то, кроме делителя 3, число 41−14^1 - 1 имеет еще делитель 4m−14^m - 1. Наверное, это можно доказать проще с помощью метода математической индукции, но у меня ничего не получилось.

А теперь — решение задачи: доказать, что число 42m−14^{2m} - 1 при натуральных m делится на 15.

Решение. Число 4 в четной степени оканичивается цифрой 6, значит, 42m−14^{2m} - 1 оканичивается цифрой 5, и, следовательно, делится на 5.

Но число 4n−14^n - 1 делится и на 3 — это я уже доказала. Поэтому, если n = 2m, то 4n−14^n - 1 делится одновременно и на 3, и на 5, то есть на 15.