Problema 298
Diremos que una sucesión de enteros positivos es sumativa cuando cada término, a partir del tercero, se obtiene como suma de los dos precedentes. ¿Puede descomponerse $\mathbb{N}$ en un conjunto de sucesiones sumativas disjuntas?
Pista. La repuesta es sí. Construir una función inyectiva $f:\mathbb{N}\to\mathbb{N}$ tal que
\[\{n,f(n),f(f(n)),f(f(f(n))),\ldots\}$
sea sumativa para cualquier $n\in\mathbb{N}$.
Solución. https://www.komal.hu/verseny/2000-09/A.e.shtml
Problema 284
Encontrar todos los números naturales $n$ tales que
\[(n!)!=n!(2n-1)!\]
Aquí $a!$ denota el factorial de $a$, es decir, el producto de todos los números enteros entre $1$ y $a$. Por ejemplo, $6!=6\cdot5\cdot4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=720$.
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Pista. Divide ambos miembros entre $n!$
Solución. Como $n!>0$, podemos dividir la ecuación original entre $n!$ y obtenemos que
\[\frac{(n!)!}{n!}=(2n-1)!\]
La fracción de la izquierda es igual a $(n!-1)!$ luego obtenemos que
\[(n!-1)!=(2n-1)!\]
Podemos estar tentados de quitar los factoriales en ambos miembros, pero esto no es posible ya que $1!=0!$ y $1\neq 0$. Como éste es el único caso en que esto falla, podemos distinguir tres casos:
- Si $n!-1=1$ y $2n-1=0$, entonces $n=\frac{1}{2}$ no es un número natural.
- Si $n!-1=0$ y $2n-1=1$, entonces obtenemos la solución $n=1$.
- En cualquier otro caso, podemos eliminar los factoriales obteniendo $n!-1=2n-1$, es decir, $n!=2n$. Como $n=0$ no es solución, podemos dividir por $n$ y llegamos a que $(n-1)!=2$, es decir, $n=3$.
Hemos demostrado que las únicas soluciones a la ecuación original son $n=1$ y $n=3$.
Problema 282
Calcula el valor de la siguiente suma
\[E(\sqrt{1})-E(\sqrt{2})+E(\sqrt{3})-E(\sqrt{4})+\ldots+E(\sqrt{2015}),\]
donde $E(x)$ denota la parte entera de $x$.
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Pista. Observa que en muchos sumandos se cancelan entre sí. ¿Puedes encontrar una regla para aquéllos que no se cancelan?
Solución. Los números $k$ tales que $E(\sqrt{k})=n$ son los comprendidos entre $n^2$ y $(n+1)^2-1$ (ambos incluidos), que hacen un total de $(n+1)^2-n^2=2n+1$ números (cantidad impar). Cuando sumamos $E(\sqrt{k})$ en todos estos números con signos alternados obtenemos una suma $\pm(n-n+n-n+\ldots +n)=\pm n$, donde el signo depende de que $n$ sea par (negativo) o impar (positivo). Por tanto, podemos agrupar la suma de la siguiente manera
\begin{eqnarray}
E(\sqrt{1})-E(\sqrt{2})+E(\sqrt{3})&=&1\\
-E(\sqrt{4})+E(\sqrt{5})+\ldots-E(\sqrt{8})&=&-2\\
E(\sqrt{9})-E(\sqrt{10})+\dots+E(\sqrt{15})&=&3\\
&\vdots&\\
E(\sqrt{1849})-E(\sqrt{1850})+\ldots+E(\sqrt{1935})&=&43\\
-E(\sqrt{1936})+E(\sqrt{1937})+\ldots-E(\sqrt{2015})&=&0.
\end{eqnarray}
Observemos que la última suma es cero ya que hay un número par de sumandos (iguales a $\pm 44$) que se cancelan dos a dos. Así, el valor de la suma original es
\[1-2+3-4+\ldots-42+43=22.\]