IMO 1975 · Problem 4
When \(4444^{4444}\) is written in decimal notation, the sum of its digits is \(A\). Let \(B\) be the sum of the digits of \(A\). Find the sum of the digits of \(B\). (\(A\) and \(B\) are written in decimal notation.)
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
\[ \boxed{7} \]
Solution
Let \(N=4444^{4444}\), and let \(C\) be the sum of the digits of \(B\).
First, we bound \(C\). Since \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] the number \(N\) has at most \(17776\) digits. Each digit is at most \(9\), so \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] Thus \(A\) has at most six digits, giving \(1\le B\le54\). Consequently, the tens digit of \(B\) is at most \(5\) (taking it as zero when \(B<10\)), and its units digit is at most \(9\). Therefore \[ 1\le C\le14. \]
Every positive integer is congruent to its digit sum modulo \(9\): indeed, if its decimal digits are \(d_i\), then \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] Applying this successively gives \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] Now \(4444\equiv7\pmod9\), \(7^3\equiv1\pmod9\), and \(4444=3\cdot1481+1\). Hence \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] The only integer between \(1\) and \(14\) congruent to \(7\) modulo \(9\) is \(7\). Thus \(C=7\).
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1975 · Aufgabe 4
Die Quersumme der Zahl \(4444^{4444}\) in Dezimaldarstellung sei \(A\). Es sei \(B\) die Quersumme von \(A\). Man bestimme die Quersumme von \(B\). (\(A\) und \(B\) werden in Dezimaldarstellung geschrieben.)
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
\[ \boxed{7} \]
Lösung
Es sei \(N=4444^{4444}\), und \(C\) sei die Quersumme von \(B\).
Zunächst schätzen wir \(C\) ab. Wegen \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] hat die Zahl \(N\) höchstens \(17776\) Ziffern. Jede Ziffer ist höchstens \(9\), also gilt \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] Somit hat \(A\) höchstens sechs Ziffern, woraus \(1\le B\le54\) folgt. Folglich ist die Zehnerziffer von \(B\) höchstens \(5\) (wobei sie für \(B<10\) als null angenommen wird), und die Einerziffer ist höchstens \(9\). Daher gilt \[ 1\le C\le14. \]
Jede positive ganze Zahl ist modulo \(9\) zu ihrer Quersumme kongruent: Sind nämlich ihre Dezimalziffern \(d_i\), so gilt \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] Durch wiederholte Anwendung erhalten wir \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] Nun gilt \(4444\equiv7\pmod9\), \(7^3\equiv1\pmod9\) und \(4444=3\cdot1481+1\). Also ist \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] Die einzige ganze Zahl zwischen \(1\) und \(14\), die modulo \(9\) zu \(7\) kongruent ist, ist \(7\). Somit gilt \(C=7\).
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1975 · Soru 4
\(4444^{4444}\) sayısı onluk tabanda yazıldığında rakamları toplamı \(A\)'dır. \(A\)'nın rakamları toplamı \(B\) olsun. \(B\)'nin rakamları toplamını bulunuz. (\(A\) ve \(B\) onluk tabanda yazılmıştır.)
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
\[ \boxed{7} \]
Çözüm
\(N=4444^{4444}\) olsun ve \(B\)'nin rakamları toplamını \(C\) ile gösterelim.
Önce \(C\) için sınırlar bulalım. \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776} \] olduğundan \(N\) sayısı en fazla \(17776\) basamaklıdır. Her rakam en fazla \(9\) olduğundan \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6 \] olur. Böylece \(A\) en fazla altı basamaklıdır ve buradan \(1\le B\le54\) elde edilir. Dolayısıyla \(B\)'nin onlar basamağındaki rakam en fazla \(5\) (\(B<10\) olduğunda bu rakamı sıfır kabul ederek), birler basamağındaki rakam ise en fazla \(9\)'dur. O hâlde \[ 1\le C\le14. \]
Her pozitif tam sayı, \(9\) modülüne göre rakamları toplamına denktir: gerçekten de onluk tabandaki rakamları \(d_i\) ise \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9 \] olur. Bunu art arda uygulayarak \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9 \] elde ederiz. Şimdi \(4444\equiv7\pmod9\), \(7^3\equiv1\pmod9\) ve \(4444=3\cdot1481+1\) olduğuna dikkat edelim. Buna göre \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] \(1\) ile \(14\) arasında, \(9\) modülüne göre \(7\)'ye denk olan tek tam sayı \(7\)'dir. Dolayısıyla \(C=7\) olur.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1975 · Problema 4
Al escribir \(4444^{4444}\) en notación decimal, la suma de sus cifras es \(A\). Sea \(B\) la suma de las cifras de \(A\). Hallar la suma de las cifras de \(B\). (\(A\) y \(B\) están escritos en notación decimal.)
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
\[ \boxed{7} \]
Solución
Sea \(N=4444^{4444}\), y sea \(C\) la suma de las cifras de \(B\).
Primero, acotamos \(C\). Como \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] el número \(N\) tiene a lo sumo \(17776\) cifras. Cada cifra es a lo sumo \(9\), por lo que \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] Así, \(A\) tiene a lo sumo seis cifras, de donde \(1\le B\le54\). En consecuencia, la cifra de las decenas de \(B\) es a lo sumo \(5\) (tomándola como cero cuando \(B<10\)), y su cifra de las unidades es a lo sumo \(9\). Por tanto, \[ 1\le C\le14. \]
Todo entero positivo es congruente con la suma de sus cifras módulo \(9\): en efecto, si sus cifras decimales son \(d_i\), entonces \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] Aplicando esto sucesivamente, obtenemos \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] Ahora bien, \(4444\equiv7\pmod9\), \(7^3\equiv1\pmod9\), y \(4444=3\cdot1481+1\). Por consiguiente, \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] El único entero entre \(1\) y \(14\) congruente con \(7\) módulo \(9\) es \(7\). Así, \(C=7\).
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1975 · 问题 4
将 \(4444^{4444}\) 写成十进制数,其各位数字之和为 \(A\)。设 \(B\) 为 \(A\) 的各位数字之和。求 \(B\) 的各位数字之和。(\(A\) 和 \(B\) 均用十进制表示。)
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
\[ \boxed{7} \]
解答
设 \(N=4444^{4444}\),并设 \(C\) 为 \(B\) 的各位数字之和。
首先,确定 \(C\) 的范围。由于 \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] 数 \(N\) 至多有 \(17776\) 位。每个数字至多为 \(9\),所以 \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] 因此,\(A\) 至多有六位,从而 \(1\le B\le54\)。于是,\(B\) 的十位数字至多为 \(5\)(当 \(B<10\) 时,将其十位数字视为零),个位数字至多为 \(9\)。因此 \[ 1\le C\le14. \]
每个正整数与其各位数字之和模 \(9\) 同余:事实上,若它的十进制各位数字为 \(d_i\),则 \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] 依次应用这一结论,得到 \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] 现在,\(4444\equiv7\pmod9\),\(7^3\equiv1\pmod9\),且 \(4444=3\cdot1481+1\)。因此 \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] 在 \(1\) 与 \(14\) 之间,与 \(7\) 模 \(9\) 同余的整数只有 \(7\)。故 \(C=7\)。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1975 · Задача 4
Сумма цифр десятичной записи числа \(4444^{4444}\) равна \(A\). Пусть \(B\) — сумма цифр числа \(A\). Найдите сумму цифр числа \(B\). (Числа \(A\) и \(B\) записаны в десятичной системе счисления.)
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
\[ \boxed{7} \]
Решение
Пусть \(N=4444^{4444}\), а \(C\) — сумма цифр числа \(B\).
Сначала оценим \(C\). Поскольку \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] число \(N\) содержит не более \(17776\) цифр. Каждая цифра не превосходит \(9\), поэтому \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] Таким образом, число \(A\) содержит не более шести цифр, откуда \(1\le B\le54\). Следовательно, цифра десятков числа \(B\) не превосходит \(5\) (считая её равной нулю при \(B<10\)), а цифра единиц не превосходит \(9\). Поэтому \[ 1\le C\le14. \]
Каждое положительное целое число сравнимо с суммой своих цифр по модулю \(9\): действительно, если цифры его десятичной записи равны \(d_i\), то \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] Последовательно применяя это свойство, получаем \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] Имеем \(4444\equiv7\pmod9\), \(7^3\equiv1\pmod9\) и \(4444=3\cdot1481+1\). Следовательно, \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] Единственное целое число от \(1\) до \(14\), сравнимое с \(7\) по модулю \(9\), — это \(7\). Таким образом, \(C=7\).
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1975 · المسألة 4
عند كتابة \(4444^{4444}\) بالنظام العشري، يكون مجموع أرقامه \(A\). وليكن \(B\) مجموع أرقام \(A\). أوجد مجموع أرقام \(B\). (يُكتب \(A\) و\(B\) بالنظام العشري.)
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
\[ \boxed{7} \]
الحل
ليكن \(N=4444^{4444}\)، وليكن \(C\) مجموع أرقام \(B\).
أولًا، نحدّد مجالًا لـ\(C\). بما أن \[ N<(10^4)^{4444}=10^{17776}, \] فإن عدد أرقام \(N\) لا يتجاوز \(17776\). وكل رقم لا يتجاوز \(9\)، ومن ثم \[ 1\le A\le9\cdot17776=159984<10^6. \] إذن يتكون \(A\) من ستة أرقام على الأكثر، مما يعطي \(1\le B\le54\). وبالتالي فإن رقم عشرات \(B\) لا يتجاوز \(5\) (ونعدّه صفرًا عندما \(B<10\))، ورقم آحاده لا يتجاوز \(9\). ولذلك \[ 1\le C\le14. \]
كل عدد صحيح موجب يوافق مجموع أرقامه بترديد \(9\): بالفعل، إذا كانت أرقامه العشرية هي \(d_i\)، فإن \[ \sum_i d_i10^i\equiv\sum_i d_i\pmod9. \] وبتطبيق ذلك تباعًا نحصل على \[ C\equiv B\equiv A\equiv N\pmod9. \] لدينا الآن \(4444\equiv7\pmod9\)، و\(7^3\equiv1\pmod9\)، و\(4444=3\cdot1481+1\). ومن ثم \[ N\equiv7^{4444} =(7^3)^{1481}\cdot7 \equiv7\pmod9. \] العدد الصحيح الوحيد بين \(1\) و\(14\) الموافق لـ\(7\) بترديد \(9\) هو \(7\). إذن \(C=7\).
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).