Pătrate și cuburi perfecte

Tema 10

Lucian Maran, MateMaraton, 01-12-2024

Problema 1. Arătați că numărul A=1+2+3++2018+2019+2018++3+2+1A=1+2+3+ \ldots+2018+2019+2018+ \ldots + 3+2+1 este pătrat perfect.

Olimpiadă, etapa locală, Buzău, 2018, E.537
Soluție:

X=1+2+3++2018+2019=20192020:2=20191010.X=1+2+3+ \ldots+2018+2019 = 2019 \cdot 2020 : 2 = 2019 \cdot 1010.
Y=2018++3+2+1=20182019:2=20191009.Y=2018+ \ldots + 3+2+1 = 2018 \cdot 2019 : 2 = 2019 \cdot 1009.

A=X+Y=2019(1010+1009)=20192,A=X+Y=2019(1010+1009) = 2019^2, deci AA este pătrat perfect.

Problema 2. Se consideră numerele: A=(220+221)(320+321)A=(2^{20}+2^{21})\cdot (3^{20}+3^{21}) și B=(221220)(323321).B=(2^{21}-2^{20})\cdot (3^{23}-3^{21}).
a) Arătați că A+BA+B este pătrat perfect.
b) Arătați că ABA\cdot B este cub perfect.

Olimpiadă, etapa locală, Dâmbovița, 2018, E.538
Soluție:

A=220(1+2)320(1+3)=222321.A=2^{20}(1+2) \cdot 3^{20}(1+3) = 2^{22} \cdot 3^{21}.
B=220(21)321(321)=223321.B=2^{20}(2-1) \cdot 3^{21}(3^2-1) = 2^{23} \cdot 3^{21}.

a) A+B=222321+223321=222321(1+2)=222322A+B = 2^{22} \cdot 3^{21} + 2^{23} \cdot 3^{21} = 2^{22} \cdot 3^{21}(1+2) = 2^{22} \cdot 3^{22} - pătrat perfect.
b) AB=222321223321=245342=(215)3(314)3A \cdot B = 2^{22} \cdot 3^{21} \cdot 2^{23} \cdot 3^{21} = 2^{45} \cdot 3^{42} = (2^{15})^3 \cdot (3^{14)^3} - cub perfect.

Problema 3. a) Arătați că numărul A=220192020202020192019201820192018A=2 \cdot 2019^{2020} - 2020 \cdot 2019^{2019} - 2018 \cdot 2019^{2018} este pătrat perfect.
b) Arătați că numărul B=2710321116762723B=27^{10} \cdot 32^{11} - 16^7 \cdot 6^{27} \cdot 23 este cub perfect.

Olimpiadă, etapa locală, Botoșani, 2019, E.539
Soluție:

A=20192018(220192202020192018)=A=2019^{2018}(2 \cdot 2019^2-2020 \cdot 2019 - 2018)=
=20192018[2019(2201920202018)2018]==2019^{2018}[2019(\underbrace{2 \cdot 2019 - 2020}_{2018})-2018]=
=20192018(201920182018)==2019^{2018}(2019 \cdot 2018 - 2018)=
=(20191009)220182=(2019^{1009})^2 \cdot 2018^2 - pătrat perfect.

B=(33)10(25)11(24)722732723=B=(3^3)^{10} \cdot (2^5)^{11} - (2^4)^7 \cdot 2^{27} \cdot 3^{27} \cdot 23 =
=33025522822725532723==3^{30} \cdot 2^{55} - \underbrace{2^{28} \cdot 2^{27}}_{2^{55}} \cdot 3^{27} \cdot 23=
=327255(33234)==3^{27} \cdot 2^{55} (\underbrace{3^3 - 23}_{4})=
=327257=(39)3(219)3=3^{27} \cdot 2^{57} = (3^9)^3 \cdot (2^{19})^3 - cub perfect.

Problema 4. Fie numărul A=24037+22020+2.A=2^{4037} + 2^{2020} +2. Este AA pătrat perfect?

Adriana Cațaron, Olimpiadă, etapa locală, Botoșani, 2020, E.541
Soluție:

A=21(24036+22019+1impar).A=2^1 \cdot (\underbrace{2^{4036} + 2^{2019} +1}_{\text{impar}}).
Cum 22 se află la putere impară, AA nu este pătrat perfect.

Problema 5. Se consideră numerele x=20232n+1+2024n+nx=2023^{2n+1} + 2024^n + n și y=n+2024n,y=n+2024^n, unde nn este un număr natural nenul. Să se demonstreze că dacă ultima cifră a lui xx este 5, y5,~y nu este pătrat perfect.

Olimpiadă, etapa locală, Bihor, 2024, E.542
Soluție:

Uc(x)=5xU_c(x)=5 \Rightarrow x impar.
ximpar=20232n+1impar+2024npar+nn\underbrace{x}_{\text{impar}}= \underbrace{2023^{2n+1}}_{\text{impar}} + \underbrace{2024^n}_{\text{par}} + n \Rightarrow n este par, adică n=2k.\boxed{n=2k}.

Uc(x)Uc=5=Uc(34k+1Uc=3+2024n+ny)Uc(y)=2y\Rightarrow \underbrace{U_c(x)}_{U_c=5}=U_c(\underbrace{3^{4k+1}}_{U_c=3}+\underbrace{2024^n + n}_{y}) \Rightarrow \boxed{U_c(y)=2} \Rightarrow y nu este pătrat perfect.

Problema 6. Să se calculeze pătratul numărului ab,\overline{ab}, știind că numărul aaaa+101(a+b)\overline{aaaa} + 101(a+b) este pătrat perfect.

Olimpiadă, etapa locală, Prahova, 2024, E.543
Soluție:

aaaa+101(a+b)=a1111+101a+101b=1212a+101b=101(12a+b).\overline{aaaa} + 101(a+b) = a \cdot \overline{1111} + 101\cdot a+101 \cdot b = 1212a+101b=101(12a+b).

101(12a+b)101(12a+b) este pătrat perfect dacă 12a+b=101k2,\boxed{12a+b=101 \cdot k^2}, cu k=1,2,3,.k=1,2,3, \ldots.
Cum aa și bb sunt cifre 12a+b129+9=114,\Rightarrow 12a+b \leq 12 \cdot 9 + 9=114, deci kk poate fi doar 1.1.
12a+b=101a=8,b=5ab2=852=7225.12a+b = 101 \Rightarrow a=8, b=5 \Rightarrow \boxed{\overline{ab}^2= 85^2=7225}.