ГлавнаяЕГЭ Математика (профиль)Задание 19Числовые наборы на карточках и досках

Задание 19 ЕГЭ профиль: числовые наборы на карточках и досках

Задачи (72)

О чём эта подтема

Задание 19 иногда предлагает не «абстрактные» числа, а конкретную процедуру: задуманные числа записывают на доску или карточки, затем к ним добавляют суммы (иногда — другие производные величины), убирают повторы и получают итоговый набор. Подтема «числовые наборы на карточках и досках» — это задачи, где нужно восстановить исходные числа по итоговому набору или, наоборот, построить исходные числа под заданный результат. Обычно задание состоит из трёх пунктов: а) построить пример под конкретный набор; б) построить другой пример или доказать, что он невозможен; в) описать все возможные примеры либо найти экстремальное количество чисел. Вычислений здесь немного, а конструктивное мышление и аккуратная работа с делимостью и порядком чисел — обязательны.

Что нужно знать

  • Базовые понятия делимости, НОД и НОК, чётности и нечётности — они почти всегда лежат в основе доказательств.
  • Как устроено множество сумм подмножеств набора чисел: сколько различных сумм может получиться (не больше 2k12^k-1 для kk различных чисел, меньше — если есть повторы или совпадающие суммы).
  • Ключевой факт: наименьшее число итогового набора всегда равно наименьшему из задуманных чисел, потому что при натуральных числах сумма двух и более слагаемых больше, чем каждое из них по отдельности.
  • Ключевой факт: наибольшее число итогового набора — это сумма всех задуманных чисел.
  • Метод «восстановления по возрастанию»: двигаясь по итоговому набору от меньшего к большему, каждый раз проверять, объясняется ли очередное число суммой уже найденных исходных чисел, или оно требует введения нового исходного числа.
  • Приём для задач на количество и минимум: если условие связывает суммы пар с делимостью на третье число, часто оказывается, что a+b=ca+b=c (единственный разумный вариант при a,b<ca,b<c), и дальше задача сводится к отношениям между числами.

Как решать: метод и алгоритм

  1. Внимательно зафиксируйте правило формирования доски: что именно суммируется, учитываются ли повторы исходных чисел, как убираются дубли значений.
  2. Для пункта а) (построить пример) начните с простого случая: все задуманные числа равны, или их немного, или они образуют арифметическую прогрессию. Подберите вариант и сразу проверьте полный список получающихся сумм.
  3. Для пункта б):
  • если нужен пример — действуйте как в предыдущем пункте, возможно, слегка изменив предыдущую конструкцию;
  • если нужно доказать невозможность — восстанавливайте исходные числа по возрастанию итогового набора. На каком-то шаге либо все числа объясняются без противоречий (тогда пример есть), либо появляется число, которое обязано быть в наборе по правилам суммирования, но которого там нет (тогда пример невозможен).
  1. Для пункта в) (все примеры или экстремум):
  • восстановите кандидатов на исходные числа тем же способом «от меньшего к большему»;
  • для каждого кандидата полностью пересчитайте все суммы и сравните с условием;
  • если ищете минимальное или максимальное количество чисел, начните с самого маленького разумного количества, выведите систему условий (часто вида a+b=ca+b=c), проверьте её совместность с ограничениями задачи (диапазон чисел, различность и т.п.); если несовместна — увеличьте количество и повторите.

Разбор примера

Пример 1

Задуманы натуральные числа a1a2aka_1 \le a_2 \le \dots \le a_k (возможны повторы). На доску выписываются все различные значения сумм любых непустых наборов этих чисел (с учётом кратности вхождения), упорядоченные по возрастанию, без повторяющихся значений.

а) Набор 2,4,6,8,102,4,6,8,10. Все числа чётные с равным шагом — это подсказка взять все задуманные числа равными 2. Возьмём пять двоек: 2,2,2,2,22,2,2,2,2. Сумма любых mm из них равна 2m2m независимо от выбора, поэтому суммы по 1,2,3,4,51,2,3,4,5 слагаемым дают в точности 2,4,6,8,102,4,6,8,10 — искомый набор. (Подходят и другие варианты, например 2,4,42,4,4.)

б) Набор 1,3,4,5,6,8,10,11,12,13,15,17,18,19,20,221,3,4,5,6,8,10,11,12,13,15,17,18,19,20,22. Наименьшее число доски всегда равно наименьшему задуманному, значит a1=1a_1=1. Если бы было ещё одно число, равное 1, на доске появилась бы сумма 1+1=21+1=2 — но 2 в наборе нет, значит единица встречается один раз. Следующее число доски — 3; оно не объясняется суммами уже найденного, значит это новое исходное число a2=3a_2=3. Сумма a1+a2=4a_1+a_2=4 действительно есть следом — согласуется. Следующее число доски — 5; оно не выражается через 1,3,41,3,4, значит нужно новое число a3=5a_3=5. Тогда на доске обязаны появиться суммы a1+a3=6a_1+a_3=6 и a2+a3=8a_2+a_3=8 — оба есть, но также обязана появиться сумма всех трёх: a1+a2+a3=9a_1+a_2+a_3=9. Числа 9 на доске нет — после 8 сразу идёт 10. Противоречие, значит такого набора чисел не существует.

в) Набор 7,8,10,15,16,17,18,23,24,25,26,31,33,34,417,8,10,15,16,17,18,23,24,25,26,31,33,34,41. Наименьшее число — 7, значит a1=7a_1=7; сумма 7+7=147+7=14 на доске отсутствует, значит 7 встречается один раз. Следующее число 8 не объясняется суммами, значит a2=8a_2=8. Следующее число доски — 10 (а не 15, не 16), значит и оно не объясняется суммами a1,a2a_1,a_2 — нужно новое число a3=10a_3=10. Дальнейшая проверка показывает два рабочих продолжения. Первое: восьмёрка повторяется ещё два раза, итоговый набор задуманных чисел 7,8,8,8,107,8,8,8,10 — при полном пересчёте всех сумм (0 или 1 семёрка, 0–3 восьмёрки, 0 или 1 десятка) получаются ровно все 15 требуемых значений. Второе: вместо повторов добавляется одно новое число 16, набор 7,8,10,167,8,10,16 — суммы одиночных, парных, троек и всех четырёх чисел также дают ровно те же 15 значений. Любое другое продолжение либо не объясняет часть чисел набора, либо создаёт лишние суммы, поэтому других вариантов нет.

Пример 2

На доске число 2015 и ещё не менее двух различных натуральных чисел, не превышающих 5000; сумма любых двух написанных чисел делится на какое-то третье написанное число.

в) Наименьшее количество чисел. Проверим, могут ли всего быть три числа a<b<ca<b<c. Из условия c(a+b)c \mid (a+b) при a,b<ca,b<c следует a+b<2ca+b<2c, а значит единственный вариант — a+b=ca+b=c. Подставляя c=a+bc=a+b в условия b(a+c)b \mid (a+c) и a(b+c)a \mid (b+c), получаем b2ab \mid 2a и a2ba \mid 2b, откуда через отношение чисел a:b:c=1:2:3a:b:c=1:2:3. Если среди a,b,ca,b,c есть число 2015, при проверке всех трёх позиций либо остальные числа получаются не натуральными, либо превышают 5000. Значит трёх чисел недостаточно. Четыре числа работают: набор 1,2,3,20151,2,3,2015 удовлетворяет условию для каждой пары (единица делит любую сумму, а для пары без единицы, например 2015+2=20172015+2=2017, делителем служит оставшееся число 1; для пары 1,20151,2015 сумма 20162016 делится на 33 и т. д.). Значит минимальное количество чисел на доске равно 4.

а) Ровно 1009 чисел. Подходит набор 1,2,31,2,3 и все нечётные числа от 5 до 2015 — сумма двух нечётных чисел чётна и делится на 2, а единица делит любую сумму; всего чисел в такой конструкции ровно 1009.

б) Ровно пять чисел. Подходит набор 1,2,3,5,20151,2,3,5,2015 — рассуждение аналогично примеру с четырьмя числами, единица обеспечивает делимость для всех пар, где она сама не участвует.

Типичные ошибки

  • Забывают, что повторяющиеся значения сумм записываются на доске один раз, и считают итоговое количество чисел неверно.
  • В доказательствах невозможности проверяют лишь один-два варианта продолжения вместо систематического перебора по возрастанию с учётом возможных повторов исходных чисел.
  • В пункте «приведите все примеры» находят один рабочий вариант и не объясняют, почему других не существует.
  • Забывают проверить дополнительные ограничения условия (диапазон значений, различность чисел) — конструкция подходит по суммам, но не проходит по границам.
  • Путают формулировки типа «делится на одно из остальных» с «делится на одно из этих двух» — это меняет всю логику решения.
  • Не выполняют финальную полную проверку всех сумм найденного набора, ограничиваясь частичной проверкой нескольких значений.

На что обратить внимание на экзамене

  • Сначала выпишите точное правило формирования доски или карточек — вся дальнейшая логика строится на нём.
  • Восстанавливайте числа по возрастанию: наименьшее число итогового набора почти всегда — первое исходное число, дальше действуйте пошагово.
  • Для доказательства невозможности ищите конкретное число, которое обязано появиться по правилам, но не появляется в условии, — это и есть контраргумент.
  • В пункте «все примеры» после нахождения кандидата обязательно сделайте полный пересчёт сумм и явно укажите, почему альтернативные продолжения невозможны.
  • Проверяйте границы задачи (диапазон чисел, различность, минимальное или максимальное допустимое значение) — красивая по делимости конструкция может не подходить по этим условиям.
  • Начинайте поиск примера с простых «симметричных» наборов: равные числа, единица среди чисел, минимально возможное количество — часто это самый короткий путь к ответу.

Частые вопросы

Как найти наименьшее задуманное число по итоговому набору?

Оно совпадает с наименьшим числом итогового набора, так как любая сумма двух и более натуральных чисел больше каждого слагаемого по отдельности.

Как доказать, что для заданного набора чисел пример невозможен?

Нужно восстанавливать исходные числа по возрастанию и найти число, которое обязано появиться в наборе по правилам суммирования, но отсутствует в условии — это и есть противоречие.

Что делать в пункте «приведите все примеры»?

Восстановить кандидатов пошагово, для каждого сделать полный пересчёт всех сумм и объяснить, почему других вариантов не существует.

Как связаны суммы пар чисел и делимость на третье число?

Если a,b<ca,b<c, то делимость a+ba+b на cc возможна только при a+b=ca+b=c — это часто ключевой шаг при доказательстве минимального количества чисел.

Почему наибольшее число итогового набора равно сумме всех задуманных?

Потому что сумма всех задуманных чисел — самая большая возможная сумма среди всех подмножеств, и больше её на доске быть не может по построению.