IMO 1979 · Problem 1
Let \(p\) and \(q\) be natural numbers such that \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] Prove that \(p\) is divisible by 1979.
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Solution
Subtracting twice the sum of the even-indexed terms from the harmonic sum gives \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] Pair the denominators \(k\) and \(1979-k\). Since these pairs partition the integers from \(660\) to \(1319\), we obtain \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
Set \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] For every \(660\le k\le989\), the two distinct integers \(k\) and \(1979-k\) occur among the factors of \(D\). Consequently, \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] is an integer, and the preceding identity yields \[ pD=1979qA. \]
Now \(1979\) is prime. Indeed, \(\sqrt{1979}<45\), and trial division by all primes below \(45\), \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] gives no divisor. Every factor of \(D\) is smaller than \(1979\), so \(1979\nmid D\). Since \(1979\mid pD\), Euclid’s lemma therefore gives \[ \boxed{1979\mid p}. \] This argument does not require \(p/q\) to be in lowest terms.
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1979 · Aufgabe 1
Es seien \(p\) und \(q\) natürliche Zahlen mit \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] Beweise, dass \(p\) durch 1979 teilbar ist.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Lösung
Subtrahiert man von der harmonischen Summe das Doppelte der Summe der Glieder mit geradem Index, so erhält man \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] Wir fassen die Nenner \(k\) und \(1979-k\) paarweise zusammen. Da diese Paare die ganzen Zahlen von \(660\) bis \(1319\) zerlegen, erhalten wir \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
Setze \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] Für jedes \(660\le k\le989\) kommen die beiden verschiedenen ganzen Zahlen \(k\) und \(1979-k\) unter den Faktoren von \(D\) vor. Folglich ist \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] eine ganze Zahl, und die vorangehende Identität liefert \[ pD=1979qA. \]
Nun ist \(1979\) eine Primzahl. Tatsächlich gilt \(\sqrt{1979}<45\), und die Probedivision durch alle Primzahlen unter \(45\), \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] liefert keinen Teiler. Jeder Faktor von \(D\) ist kleiner als \(1979\), also gilt \(1979\nmid D\). Wegen \(1979\mid pD\) folgt daher aus dem Lemma von Euklid \[ \boxed{1979\mid p}. \] Dieses Argument setzt nicht voraus, dass \(p/q\) vollständig gekürzt ist.
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1979 · Soru 1
\(p\) ve \(q\), \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319} \] eşitliğini sağlayan doğal sayılar olsun. \(p\)'nin 1979 ile bölünebildiğini kanıtlayınız.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Çözüm
Harmonik toplamdan çift indisli terimlerin toplamının iki katını çıkararak \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k \] elde ederiz. Paydaları \(k\) ve \(1979-k\) olacak biçimde eşleştirelim. Bu çiftler \(660\)'tan \(1319\)'a kadar olan tam sayıları ayrık çiftlere ayırdığından, \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)} \] elde ederiz.
\[ D=\prod_{k=660}^{1319}k \] olsun. Her \(660\le k\le989\) için, birbirinden farklı \(k\) ve \(1979-k\) tam sayılarının ikisi de \(D\)'nin çarpanları arasında yer alır. Dolayısıyla, \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] bir tam sayıdır ve önceki özdeşlikten \[ pD=1979qA \] elde edilir.
Şimdi, \(1979\) bir asal sayıdır. Gerçekten, \(\sqrt{1979}<45\) olup \(45\)'ten küçük tüm asal sayılarla, \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] deneme bölmesi yapıldığında hiçbir bölen bulunmaz. \(D\)'nin çarpımındaki her çarpan \(1979\)'dan küçük olduğundan \(1979\nmid D\) olur. \(1979\mid pD\) olduğuna göre, Öklid lemması gereğince \[ \boxed{1979\mid p} \] elde edilir. Bu kanıt, \(p/q\)'nun en sade hâlde olmasını gerektirmez.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1979 · Problema 1
Sean \(p\) y \(q\) números naturales tales que \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] Demostrar que \(p\) es divisible por 1979.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Solución
Al restar el doble de la suma de los términos de índice par de la suma armónica, se obtiene \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] Agrupemos por parejas los denominadores \(k\) y \(1979-k\). Como estas parejas forman una partición de los enteros desde \(660\) hasta \(1319\), obtenemos \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
Definamos \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] Para cada \(660\le k\le989\), los dos enteros distintos \(k\) y \(1979-k\) figuran entre los factores de \(D\). Por consiguiente, \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] es un entero, y la identidad anterior da \[ pD=1979qA. \]
Ahora bien, \(1979\) es primo. En efecto, \(\sqrt{1979}<45\), y al probar la divisibilidad por todos los primos menores que \(45\), \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] no se encuentra ningún divisor. Todos los factores de \(D\) son menores que \(1979\), por lo que \(1979\nmid D\). Como \(1979\mid pD\), el lema de Euclides implica, por tanto, que \[ \boxed{1979\mid p}. \] Este argumento no requiere que \(p/q\) sea una fracción irreducible.
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1979 · 问题 1
设 \(p\) 和 \(q\) 为自然数,满足 \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] 证明 \(p\) 能被 1979 整除。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
解答
从调和和式中减去偶数下标各项之和的两倍,得到 \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] 将分母 \(k\) 与 \(1979-k\) 配对。由于这些数对恰好将从 \(660\) 到 \(1319\) 的整数分组,得到 \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
令 \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] 对于每个 \(660\le k\le989\),两个不同的整数 \(k\) 和 \(1979-k\) 都出现在 \(D\) 的因子中。因此, \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] 是整数,且由前面的恒等式可得 \[ pD=1979qA. \]
现在,\(1979\) 是素数。事实上,\(\sqrt{1979}<45\),而用所有小于 \(45\) 的素数 \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] 逐一试除,均不能整除。\(D\) 的每个因子都小于 \(1979\),所以 \(1979\nmid D\)。由于 \(1979\mid pD\),由欧几里得引理可得 \[ \boxed{1979\mid p}. \] 上述论证不要求 \(p/q\) 是最简分数。
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1979 · Задача 1
Пусть \(p\) и \(q\) — натуральные числа, для которых \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] Докажите, что \(p\) делится на 1979.
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Решение
Вычитая из гармонической суммы удвоенную сумму слагаемых с чётными номерами, получаем \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] Объединим в пары знаменатели \(k\) и \(1979-k\). Поскольку эти пары образуют разбиение целых чисел от \(660\) до \(1319\), получаем \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
Положим \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] При каждом \(660\le k\le989\) два различных целых числа \(k\) и \(1979-k\) входят в число множителей произведения \(D\). Следовательно, \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] — целое число, и из предыдущего равенства следует \[ pD=1979qA. \]
Число \(1979\) простое. Действительно, \(\sqrt{1979}<45\), а проверка делимости на все простые числа, меньшие \(45\), \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] не даёт ни одного делителя. Каждый множитель произведения \(D\) меньше \(1979\), поэтому \(1979\nmid D\). Поскольку \(1979\mid pD\), по лемме Евклида получаем \[ \boxed{1979\mid p}. \] В этом рассуждении не требуется, чтобы дробь \(p/q\) была несократимой.
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1979 · المسألة 1
ليكن \(p\) و\(q\) عددين طبيعيين بحيث \[ \frac pq=1-\frac12+\frac13-\frac14+\cdots-\frac1{1318}+\frac1{1319}. \] أثبت أن \(p\) يقبل القسمة على 1979.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الحل
بطرح ضعف مجموع الحدود ذات الفهارس الزوجية من المجموع التوافقي، نحصل على \[ \frac pq =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k -2\sum_{j=1}^{659}\frac1{2j} =\sum_{k=1}^{1319}\frac1k-\sum_{k=1}^{659}\frac1k =\sum_{k=660}^{1319}\frac1k. \] نقرن المقامين \(k\) و\(1979-k\). ولأن هذه الأزواج تشكّل تجزئة للأعداد الصحيحة من \(660\) إلى \(1319\)، نحصل على \[ \frac pq =\sum_{k=660}^{989}\left(\frac1k+\frac1{1979-k}\right) =1979\sum_{k=660}^{989}\frac1{k(1979-k)}. \]
لنضع \[ D=\prod_{k=660}^{1319}k. \] لكل \(660\le k\le989\)، يظهر العددان الصحيحان المتمايزان \(k\) و\(1979-k\) ضمن عوامل \(D\). وبالتالي، فإن \[ A=\sum_{k=660}^{989}\frac{D}{k(1979-k)} \] عدد صحيح، وتعطي المتطابقة السابقة \[ pD=1979qA. \]
والعدد \(1979\) أولي. بالفعل، لدينا \(\sqrt{1979}<45\)، وتجربة القسمة على جميع الأعداد الأولية الأصغر من \(45\)، وهي \[ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43, \] لا تعطي أي قاسم. وكل عامل من عوامل \(D\) أصغر من \(1979\)، لذا \(1979\nmid D\). وبما أن \(1979\mid pD\)، فإن لمّة إقليدس تعطي \[ \boxed{1979\mid p}. \] لا تتطلب هذه الحجة أن يكون \(p/q\) في أبسط صورة.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).