Mathe Star Lösungen Runde /09

Ähnliche Dokumente
Mathe Star Lösungen Runde /08

Mathe Star Lösungen Runde /08

Mathe Star Lösungen Runde /10

Mathe Star Lösungen Runde /06

Mathe Star Lösungen Runde /07

Musterlösung zur Probeklausur zur Angewandten Diskreten Mathematik

5 Grundlagen der Zahlentheorie

Lösungen zur Vorrundenprüfung 2004

31. Mathematik Olympiade 1. Stufe (Schulrunde) Klasse 7 Saison 1991/1992 Aufgaben und Lösungen

12. Mathematik Olympiade 2. Stufe (Kreisolympiade) Klasse 5 Saison 1972/1973 Aufgaben und Lösungen

Zahlentheorie für den Landeswettbewerb für Anfängerinnen und Anfänger der Österreichischen Mathematik-Olympiade

7. Mathematik Olympiade 3. Stufe (Bezirksolympiade) Klasse 9 Saison 1967/1968 Aufgaben und Lösungen

Mathematische Zusammenhänge beschreiben und begründen

Elementare Beweismethoden

Kapitel 2. Kapitel 2 Natürliche und ganze Zahlen

9. Vorarlberger Mathematik Miniolympiade

Vollständige Induktion

mathe plus Aussagenlogik Seite 1

3 Vollständige Induktion

Logik und Beweise. Logik und Beweise. Vorsemesterkurs SoSe März 2016

Seminararbeit zur Zahlentheorie. Die Gaußschen Zahlen

2 Der Beweis. Themen: Satz und Beweis Indirekter Beweis Kritik des indirekten Beweises

Technische Informatik - Eine Einführung

Modulprüfung BA 04 Mathematik: Grundlagen der Mathematik C: Geometrie, Elementare Algebra und Zahlentheorie

Beispiellösungen zu Blatt 94

Grundwissen 5 - Aufgaben Seite Gegeben sind die drei (graugetönten) Figuren A, B und C (vergleiche Abbildung).

1 Modulare Arithmetik

Übungsaufgaben Mengenlehre

Lineare Gleichungssysteme

AH II (3. korr. Auflage) S. 10 / 2.1 Recycling-Symbol die Weissräume tilgen

Hackenbusch und Spieltheorie

Zentrale Abschlussprüfung 10 zur Erlangung der Erweiterten Berufsbildungsreife Mathematik (A)

1 Das Prinzip der vollständigen Induktion

1. Gruppen. 1. Gruppen 7

1.2 Eigenschaften der ganzen Zahlen

Wie beweise ich etwas? 9. Juli 2012

Axiomatische Beschreibung der ganzen Zahlen

28. Mathematik Olympiade 1. Stufe (Schulolympiade) Klasse 6 Saison 1988/1989 Aufgaben und Lösungen

Mathematischen Grundlagen und Notationen

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

Färbungsbeweise. 1 Aufgaben

Knobelaufgaben ============================================================================== Aufgabe 1 :

3 Die g adische Darstellung natürlicher Zahlen

Tag der Mathematik 2016

Studienmaterial Einführung in das Rechnen mit Resten

Mengenlehre. ALGEBRA Kapitel 1 MNProfil - Mittelstufe KZN. Ronald Balestra CH Zürich Name: Vorname:

perfekt für Klassenarbeiten Videos zu jeder Übungsaufgabe alle Themen sehr übersichtlich alle Anforderungsbereiche StrandMathe GbR

Vorkurs: Mathematik für Informatiker

Beuth Hochschule Zahlensysteme WS15/16, S. 1

Vorkurs: Mathematik für Informatiker

Geometrie in der Grundschule. Ein erster Überblick

Tag der Mathematik 2016

Beuth Hochschule Zahlensysteme SS16, S. 1

1 Zahlentheorie. 1.1 Kongruenzen

Mengen und Abbildungen

Zentrale Abschlussprüfung 10 zur Erlangung des Mittleren Schulabschlusses Mathematik (A)

Brückenkurs Mathematik

Oberstufe (11, 12, 13)

Reelle Zahlen (R)

Technische Universität München Zentrum Mathematik. Übungsblatt 7

Zentrale Abschlussprüfung Mathematik (A) Realschule

Vorlesung. Vollständige Induktion 1

Donnerstag, 11. Dezember 03 Satz 2.2 Der Name Unterraum ist gerechtfertigt, denn jeder Unterraum U von V ist bzgl.

Der Drei-Quadrate-Satz von Gauß

WURZEL Werkstatt Mathematik Polynome Grundlagen

Zentrale Abschlussprüfung 10 Gymnasiales Niveau für die Gesamtschule Mathematik (A)

Wieviel Uhr ist es in hundert Stunden? Eine Antwort durch Modulo- Rechnen

1 Vorbereitung: Potenzen 2. 2 Einstieg und typische Probleme 3

Zentrale Abschlussprüfung 10 zur Erlangung des Mittleren Schulabschlusses mit der Berechtigung für die Gymnasiale Oberstufe (an Gesamtschulen) 2012

Beispiellösungen zu Blatt 17

Zahlenschleifen. Schülerzirkel Mathematik. 1 Die Regeln von Slitherlink. Das Slitherlink-Puzzle von nikoli

Fachwissenschaftliche Grundlagen

Primzahlen. Herbert Koch Mathematisches Institut Universität Bonn Die Primfaktorzerlegung. a = st

Kompetenztest. Testheft

Mathematik B-Tag Freitag, 20. November, 8:00 15:00 Uhr. Um die Ecke. Mathematik B-Tag Seite 1 von 9 -

Vervollständigung Lateinischer Quadrate

Logic Masters 2016 Runde 3: Kellerrunde

Gruber I Neumann. Erfolg in VERA-8. Vergleichsarbeit Mathematik Klasse 8 Gymnasium

Seminar zur Zahlentheorie Spezialfälle des Satzes von Fermat

Primitiv? Primzahlen und Primfaktoren schätzen lernen. Dr. Heinrich Schneider, Wien. M 1 Grundlegende Zahlenmengen wiederhole dein Wissen!

Einführung in die Kryptographie - Multiple Choice Quiz

03 Brüche und gemischte Zahlen

Aufgabe 1 ( Punkte). Ihr kennt vermutlich schon Dreieckszahlen:

Online - Team Wettbewerb 2014

Prof. Dr. H. Brenner Osnabrück SS Zahlentheorie. Vorlesung 3. Der euklidische Algorithmus

28. Mathematik Olympiade 2. Stufe (Kreisolympiade) Klasse 5 Saison 1988/1989 Aufgaben und Lösungen

5. Mathematik Olympiade 1. Stufe (Schulolympiade) Klasse 8 Saison 1965/1966 Aufgaben und Lösungen

Beispiellösungen zu Blatt 39

Be s math. Berner creening Mathematik. Geburtsdatum. Geschlecht: w. Testleiter/in Gesamtpunktwert*

Zentrale Klausur am Ende der Einführungsphase 2011 Mathematik

1. Mathematik Olympiade 1. Stufe (Schulolympiade) Klasse 8 Saison 1961/1962 Aufgaben und Lösungen

1. Mathematik Olympiade 2. Stufe (Kreisolympiade) Klasse 12 Saison 1961/1962 Aufgaben und Lösungen

JAHRGANGSSTUFENTEST 2015 IM FACH MATHEMATIK FÜR DIE JAHRGANGSSTUFE 6 DER REALSCHULEN IN BAYERN (ARBEITSZEIT: 45 MINUTEN) b)9096 : 758

7. Mathematik Olympiade 2. Stufe (Kreisolympiade) Klasse 10 Saison 1967/1968 Aufgaben und Lösungen

Technische Universität München. Lösung Montag WS 2013/14. (Einheitskreis, ohne Rechnung ersichtlich) (Einheitskreis, ohne Rechnung ersichtlich)


mit ganzen Zahlen 1.4 Berechnen Sie: a b c d e

4. Mathematik Olympiade 1. Stufe (Schulolympiade) Klasse 7 Saison 1964/1965 Aufgaben und Lösungen

A2.3 Lineare Gleichungssysteme

3 Vom Zählen zur Induktion

Transkript:

Dr. Michael J. Winckler Mathe Star Initiative IWR, Raum 502, INF 368, 69120 Heidelberg Michael.Winckler@iwr.uni-heidelberg.de http://www.iwr.uni-heidelberg.de/teaching/mathe-star/ Mathe Star Lösungen Runde 3 2008/09 Allgemeine Lösungeshinweise Die folgenden Tipps fassen einige Punkte zusammen, die zur vollständigen und fehlerfreien Beantwortung von Aufgaben beachtet werden sollten. 1. Enger Bezug zum Aufgabentext Im Rahmen der Bearbeitung der Frage sollten nur aus den in der Aufgabe explizit genannten Hinweisen Schlüsse gezogen werden. Die Einbeziehung weiterer Annahmen in die Aufgabe ist nur insoweit gerechtfertigt, als sie sich zweifelsfrei aus den allgemeinen Bemerkungen zur Aufgabenstellung ergeben. Beispielsweise kann von einem Ball in einer Aufgabenstellung angenommen werden, dass es sich um eine perfekte Kugel handelt. Vermessungsaufgaben in freier Natur können (falls nicht explizit anders angegeben) in der Ebene (d.h. unter Vernachlässigung der Erdkrümmung) berechnet werden. Von einem 5-Liter-Gefäß kann man aber nicht annehmen, dass es eine Messskala besitzt oder dass man es verwenden kann, um andere Masseinheiten als 5 Liter abzumessen. 2. Vollständigkeit der Antwort und logisches Ableiten Zu den in der Aufgabenstellung aufgestellten Behauptungen und Fragen muss in der Lösung Stellung bezogen werden. Aus einem Antwortsatz oder einer anderen geeigneten schriftlichen Darlegung muss klar zum Ausdruck kommen, wie die richtige Lösung zum gestellten Problem aussieht. Zu dieser Antwort sollte im Rahmen der Ausarbeitung der Lösung eine logische Ableitung verfasst werden. Dabei sind alle wesentlichen Gedankenschritte von der Aufgabenstellung bis zur Lösung darzustellen. Kann aus der Angabe der Lösung unmittelbar deren Richtigkeit festgestellt werden (z.b. bei einem Sudoku), so ist es hilfreich, eine Bemerkung zur Eindeutigkeit der gegebenen Lösung zuzufügen. Die Frage, ob es zu einem Problem mehrere Lösungen gibt, ist in der Mathematik von fundamentaler Bedeutung für die Bewertung einer angegebenen bzw. gefundenen Lösung. 3. Lesbarkeit und Darstellung Die Lösung einer Aufgabe soll es einem neutralen Beobachter ermöglichen, die Richtigkeit des Schlusses nachzuvollziehen und dabei die verwendeten Hilfsmittel kennenzulernen. In diesem Sinne ist eine Darstellung der Lösung vorzuziehen, die prägnant und übersichtlich die Lösungsidee darstellt. Zeichnungen oder Diagramme können ein Hilfsmittel zur Verdeutlichung eines Lösungswegs sein. Dabei ist aber meist ein ergänzender Kommentar notwendig, um die Lösungsidee verständlich zu machen. Bei handschriftlichen Lösungen ist zudem eine klare und lesbare Schrift notwendig. Symbole und Kurzschriften sollten erläutert werden, wenn es sich nicht um mathematische Standard(-Schul)- Notation handelt.

Sektion 1: Klasse 11-13 Aufgabe 3.1 Zahlengitter Wie bei einem gewöhnlichen Gitterrätsel sollen in dieses Gitter die Zahlen von 1 bis 4 viermal so eingetragen werden, dass in jeder Zeile und Spalte jede Ziffer genau 1x vorkommt. Danach sind an die Ziffern Nullen so anzuhängen, dass sich die jeweils angegebenen Zahlen als Zeilenbzw. Spaltensummen ergeben. Lösung 3.1 Die Lösung ist nicht schwer zu finden, wenn man sich für jedes Feld überlegt, welche Zahlen passen würden. Beispielsweise muss im Feld links oben eine 4 stehen, da man sonst nicht auf eine Zeile- und Spaltensumme mit Einerziffer 4 kommt, die gleichzeitig auch noch Hunderter- und Zehnerziffern enthält. So ergibt ich auch die 1 rechts unten und die 3 im rechten Feld der zweiten Zeile. Damit fallen für die anderen Felder schon einige an Möglichkeiten weg. Die letzte Spalte ergibt sich dann von selbst, da oben links ein Eintrag mit einer 2 stehen muss. Fährt man so fort, bleiben immer weniger Möglichkeiten für die anderen Felder übrig. Man kommt zu der Lösung:

Aufgabe 3.2 Befreundete Zahlen Man nennt zwei Zahlen x und y befreundet, wenn die Summe aller echten Teiler der Zahl x gerade y ergibt und umgekehrt. Dabei sind echte Teiler alle Teiler, die kleiner als die Zahl sind: Die echten Teiler von 12 sind also 1, 2, 3, 4 und 6; ihre Summe ist 16. Schon die Araber wussten viel über Paare von befreundeten Zahlen. So bewies im 9.Jahrhundert Thabit ben Korrah folgendes: Wenn die Zahlen a = 3 2 n 1 sowie b = 3 2 n 1 1 und c = 9 2 2n 1 1 alle drei Primzahlen sind, dann sind x = 2 n a b und y = 2 n c befreundete Zahlen. Beweise, dass unter den gemachten Voraussetungen an a, b und c die beiden Zahlen x und y wirklich befreundet sind. Lösung 3.2 Da in der Aufgabenstellung die Bedingung n > 1 fehlt, wurden auch diejenigen Lösungen als richtig bewertet, die für den Fall n = 1 die Behauptung widerlegt haben. Für n = 1 ist a = 5, b = 2, c = 17, also alles Primzahlen. Dann ist x = 20 und y = 34. Die echten Teiler von x sind 1, 2, 4, 5, 10 und 1 + 2 + 4 + 5 + 10 = 22 y. Widerspruch. Für n > 1 gilt die Behauptung jedoch. Beweis: Wir zeigen zunächst: Die Summe der echten Teiler von y ist gerade x. Teiler von y: 2 0 (= 1), 2 1, 2 2,..., 2 n, 2 0 c(= c), 2 1 c, 2 2 c,..., 2 n 1 c Das sind alle echten Teiler von y (2 n c ist kein echter Teiler, da 2 n c = y). Die ersten Teiler kann man zu n 2i zusammmenfassen, die restlichen Teiler zu n 1 2i c. Es gilt also: Summe der echten Teiler von y = Durch Umformen erhält man: n 1 2 i + 2 i c n 1 2 i + 2 i c = (2 n+1 1) + (2 n 1) c = (2 n+1 1) + (2 n 1) (9 2 2n 1 1) = (2 n+1 1) + (2 n 1) (9 2 2n 1 ) (2 n 1) = 2 n+1 2 n + (2 n 9 s 2n 1 ) 9 2 2n 1 = 2 n+1 2 n + 9 2 2n 1+n 9 2 2n 1 = 2 n+1 2 n 9 2 2n 1 + 9 2 3n 1 = 2 n (2 1 2 0 9 2 n 1 + 9 2 2n 1 ) = 2 n (1 9 2 n 1 + 9 2 2n 1 ) = 2 n (2 n 1 + ( 9 + 9 2 n ) + 1) = 2 n (2 n 1 + (9 2 n 6 3) + 1) = 2 n (9 2 2n 1 3 2 n 3 2 n 1 + 1) = 2 n ((3 2 n 1) (3 2 n 1 1)) = 2 n a b = x Somit ist die Summe der echten Teiler von y gerade x.

Bleibt noch zu zeigen: Die Summe der echten Teiler von x ist gerade y. Teiler von x: 2 0 (= 1), 2 1, 2 2,..., 2 n, 2 0 a(= a), 2 1 a, 2 2 a,..., 2 n a, 2 0 b(= b), 2 1 b, 2 2 b,..., 2 n b, 2 0 ab(= ab), 2 1 ab, 2 2 ab,..., 2 n 1 ab Das sind alle echten Teiler von x. Die ersten Teiler kann man zu n 2i zusammmenfassen, die nächsten zu n 2i a bzw. zu n 2i b und die restlichen Teiler zu n 1 2i a b. Es gilt also: Summe der echten Teiler von x = 2 i + 2 i a + Mit etwas Umformen erhält man: n 2i + n 2i a + n 2i b + n 1 2i a b = (2 n+1 1) + (2 n+1 1) a + (2 n+1 1) b + (2 n 1) a b n 1 2 i b + 2 i a b = (2 n+1 1) + (2 n+1 1) (3 2 n 1) + (2 n+1 1) (3 2 n 1 1) + (2 n 1) (3 2 n 1) (3 2 n 1 1) = 2 n+1 1 + 2 n+1 3 2 n 2 n+1 3 2 n + 1 + 2 n+1 3 2 n 1 2 n+1 3 2 n 1 + 1 + (2 n 3 2 n 2 n 3 2 n + 1) (3 2 n 1 1) = 2 n+1 1 + 3 2 2n+1 2 n+1 3 2 n +1 + 3 2 2n 2 n+1 3 2 n 1 +1 + 3 2 2n 3 2 n 1 3 2 n 1 + 2 n 3 2 n 3 2 n 1 + 3 2 n 1 3 2 2n + 2 n + 3 2 n 1 = 2 n+1 + 3 2 2n+1 2 n+1 3 2 n +3 2 2n 2 n+1 3 2 n 1 + 9 2 3n 1 3 2 n 1 9 2 2n 1 +3 2 n 1 3 2 2n + 2 n +3 2 n = 3 2 2n+1 2 n+1 + 9 2 3n 1 12 2 2n 1 + 2 n = 2 n (3 2 n+1 2 1 + 9 2 2n 1 12 2 n 1 + 2 0 ) = 2 n (3 2 n+1 12 2 n 1 + 9 2 2n 1 1) = 2 n (2 n+1 (3 2 2 12) + 9 2 2n 1 1) = 2 n (9 2 2n 1 1) = 2 n c = y Somit ist die Summe der echten Teiler von x gerade y. qed.

Aufgabe 3.3 Springer springen... Auf dem sehr eingeschräkten Schachbrett sollen die drei schwarzen und die drei weissen Springer die Plätze tauschen! Dabei darf jeder Springer nur in Springermanier ziehen: zwei Felder in eine Richtung und dann eines zur Seite. Dabei dürfen nicht eingezeichnete Felder übersprungen werden, die Springer dürfen aber nur auf den 9 eingezeichneten Feldern landen. Die Abbildung rechts gibt die Benennung der Felder an. Schreibe die Züge mit den Feldbuchstaben auf (z.b. A nach E;...). Lösung 3.3 D H F E E D E F F B D E H D D E E F A E E D D H E D

G I E A F E I G A E C A A E E F E A A C F E E A B F D E H D

Aufgabe 3.4 eine echt laaaaange Multiplikation Wenn du 51! (51 Fakultät) ausrechnen würdest: Auf welche Ziffer endet diese Zahl? Wie oft kommt diese Ziffer am Ende der Zahl hintereinander vor? Begründe deine Antwort! Lösung 3.4 Die Zahl endet auf die Ziffer 0, denn 51! = (51 50... 10... 2 1) ist durch 10 teilbar. Die 0 kommt am Ende der Zahl zwölf mal hintereinander vor. Begründung: Da 10 = 2 5 genügt es zu überlegen, wie oft die 2 und die 5 in der Primfaktorzerlegung von 51! vorhanden sind. Die 5 kommt in der Primfaktorzerlegung jeder fünften Zahl der Zahlen 1, 2, 3,...51 vor (in 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50), also zehnmal. In 25 = 5 5 und 50 = 2 5 5 jedoch kommt sie zweimal vor, dashalb haben wir in der Primfaktorzerlegung der 51! zwölf Fünfen. Die 2 kommt in jeder zweiten Zahl mindestens einmal vor, also in mehr als 12 Zahlen. Somit ist 51! zwölfmal durch 10 teilbar, hat also zwölf Nullen am Ende.