这是一个来自Riddler公司简单的问题,而不是简单的解决方案!
想象一下,取一个数字,把它的最后一位移到前面。例如,1234将变为4123。最小的正整数是多少?这样做时,结果正好是原始数字的两倍?
这是我的解决方案:
[显示解决方案]
让数字的位数为$N=d_nd_{N-1}\cdotsd_0$,所以它是一个$(N+1)$数字。将最后一个数字移到前面会使数字加倍。因此:
\[
2\cdot(dnd_{n-1}\cdotsd0)=(d_0dnd_}\cdot d_1)
\]我们可以用数学方法将其写成:
\[
2\cdot(10M+d_0)=10^n d_0+M
\]其中$M=(d_n d_{n-1}\cdots d_1)$是一个$n$数字。重新排列方程,我们得到了一个非常有说服力的方程:
\[
19M=(10^n-2)d_0
\]左边可以被质数$19$整除。因此,右侧也必须可以被$19$整除。这个系数不能来自$d_0$,它只是一个数字。因此,$19$必须除以$10^n-2$。
结果是最小的$n$,因此$10^n-2$可以被$19$整除,即$n=17$。为了轻松解决这个问题,我们可以使用模运算:
\[
10^n\相当于2\pmod{19}
\]我们可以通过递归地将$10$乘以$10$,再减去$19$的倍数来计算$10$的幂,直到得到一个小于$19$的数字:
\开始{align*}
10^1等于10\pmod{19}\\
10^2&\等于100\等于5\pmod{19}\\
10^3&\等于50\等于12\pmod{19}\\
\点
\当然,幂序列$\{10^0,10^1,10^2,\dots\}\pmod{19}$必须是周期的,并且只有$18$不同的非零整数模$19$,所以在找到或解决之前,我们不必再检查任何超过这个数的数(或者得出不存在这样的结论)。这里,我们发现当$n=17$时,则为$10^{17}\equiv2\pmod{19}$,而对于任何较小的$n$,都不会发生这种情况。所以所有可能的$n$的集合是$n=17+18k$,对于$k=0,1,\dots$。由于我们寻求最小的解决方案,我们将使用$n=17$。
回到我们原来的方程式,1900万美元=(10^{17}-2)d_0美元。因此,$M=\tfrac{10^{17}-2}{19} d_0(0)$. 同样,我们需要最小的$M$,即17位数字长。如果我们尝试$d_0=1$,那么$M$只有$16$位长。下一种可能性是$d_0=2$,并且这具有正确的位数!所以解决方案是:
\[
N=10M+d_0=20\压裂{10^{17}-2}{19} +2=\压裂{2\cdot(10^{18}-1)}{19}
\]显式计算这个数量,我们发现幻数是:
$\显示样式
编号:105263157894736842
$
这是一个18美元的数字。很容易检查,当你把$2$移到前面时,你是原来数字的两倍。这也是具有此属性的最小正数。