Exercițiul 111

E.111. Vom spune că un număr natural pp este specialspecial dacă este prim și există un număr natural nenul nn și numelere naturale prime xx, yy astfel încât x>yx \gt y și p=x2n+y.p=x^{2n}+y. Numărul numerelor naturale speciale, mai mici ca 1000,1000, este:

a) 55

b) 44

c) 33

d) 22

e) 11

Olimpiadă, etapa județeană, 2021

Răspuns: d) 22

Soluție:

xx, yy - prime, x>yx>2ximpar (1)x \gt y \textcolor{red}{\Rightarrow} x \gt 2 \textcolor{red}{\Rightarrow} x-impar \space \textcolor{red}{(1)}
pp - prim, ximparp>2pimpar (2)x-impar \textcolor{red}{\Rightarrow} p \gt 2 \textcolor{red}{\Rightarrow} p-impar \space \textcolor{red}{(2)}
Din (1) și (2) ypary=2\textcolor{red}{\Rightarrow} y-par \textcolor{red}{\Rightarrow} \boxed{y=2}

p<1000x2n<1000xn<32p \lt 1000 \textcolor{red}{\Rightarrow} x^{2n} \lt 1000 \textcolor{red}{\Rightarrow} x^n \lt 32
Cum xprim,n0n{1,2,3}x - prim, n \not= 0 \textcolor{red}{\Rightarrow} n \in \{1,2,3\}

Caz 1\bold{Caz \space 1}: n=1p=x2+2\boxed{n=1} \textcolor{red}{\Rightarrow} p=x^2+2
x{3,5,7,11,13,17,19,23,29,31}\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} x \in \{3,5,7,11,13,17,19,23,29,31\}
p{11,27,51,123,171,291,363,531,843,963}\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} p \in \{11,27,51,123,171,291,363,531,843,963\}
p=11\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} \boxed{p=11} (restul nu sunt prime, sunt M3M_3)

Caz 2\bold{Caz \space 2}: n=2p=(x2)2+2\boxed{n=2} \textcolor{red}{\Rightarrow} p=(x^2)^2+2
x{3,5}\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} x \in \{3,5\}
p{83,627}\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} p \in \{83, 627\}
p=83\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} \boxed{p=83} (627627 nu este prim, este M3M_3)

Caz 3\bold{Caz \space 3}: n=3p=(x3)2+2n=3 \textcolor{red}{\Rightarrow} p=(x^3)^2+2
x=3\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} x=3
p=(33)2+2=731=1743 (prim)\hspace*{2em} \textcolor{red}{\Rightarrow} p=(3^3)^2+2 = 731=17 \cdot 43 \space (\not = prim)

În total două numere speciale: p{11,83}.\boxed{p \in \{11, 83\}}.