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Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 30/01/2024, 23:18
da gugo82
Quali sono i numeri $n$ interi tali che il loro quadruplo è uguale al cubo del loro numero di divisori interi positivi?
Cioè, per quali $n \in ZZ$ vale
\[
\big[ \operatorname{d}(n)\big]^3 = 4n\; ?
\]
[In cui \(\operatorname{d}(n)\) è proprio il numero di divisori interi positivi di $n$]

Re: Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 31/01/2024, 09:14
da giammaria
Fra i divisori si contano anche 1 ed il numero stesso? Ad esempio, quanti e quali sono i divisori di un numero primo?

Re: Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 31/01/2024, 12:26
da Quinzio
giammaria ha scritto:Fra i divisori si contano anche 1 ed il numero stesso? Ad esempio, quanti e quali sono i divisori di un numero primo?


Probabilmente si, pero' ovviamente aspettiamo la risposta di gugo.
In questo modo
Testo nascosto, fai click qui per vederlo
con $n = 2$ i divisori sono $1$ e $2$.
$(#d(2))^3 = 2^3 = 8 = 4 \cdot 2$

E' gia' un inzio :)

Re: Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 01/02/2024, 11:24
da giammaria
Oltre alla soluzione data da Quinzio, ne ho trovate per tentativi altre due. Non credo che ce ne siano altre, ma non saprei dimostrarlo.
Testo nascosto, fai click qui per vederlo
Parto dal fatto che se la scomposizione in fattori di $n$ è $n=a_1^(h_1)*a_2^(h_2)....a_m^(h_m)$ (in cui le $a_i$ sono numeri primi diversi fra loro), allora $d(n)=(h_1+1)(h_2+1)...(h_m+1)$; è quasi intuitivo e ne ometto la dimostrazione.
La soluzione di Quinzio è $n=2=2^1$, quindi $d(n)=2$ ed i due membri valgono $2^3$.
Vi aggiungo le mie due.
- $n=128=2^7$; ho $d(n)=8=2^3$ ed i due membri valgono $2^9$
- $n=2000=2^4*5^3$; ho $d(n)=5*4=2^2*5$ ed i due membri valgono $2^6*5^3$

Re: Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 01/02/2024, 12:36
da hydro
Testo nascosto, fai click qui per vederlo
Poniamo \(n=2^\alpha 3^{\alpha_0} p_1^{\alpha_1}\dots p_m^{\alpha_m}\), con $5\le p_1<\ldots<p_m$ primi distinti e $\alpha,\alpha_i\ge 0$. Siccome $d(n)=(\alpha+1)\prod(\alpha_i+1)$, dalla condizione richiesta otteniamo che \((\alpha+1)^3\prod(\alpha_i+1)^3=2^{\alpha+2}3^{\alpha_0}p_1^{\alpha_1}\dots p_m^{\alpha_m}\). Per fattorizzazione unica, segue che $\alpha=3\alpha'+1$ mentre $\alpha_i=3\alpha_i'$ per ogni $i$. Mollando i primi, abbiamo dedotto che \(n=2^{3\alpha+1}3^{3\alpha_0} p_1^{3\alpha_1}\dots p_m^{3\alpha_m}\), e riscrivendo la condizione ed estraendo le radici cubiche, abbiamo che \((3\alpha+2)\prod(3\alpha_i+1)=2^{\alpha+1}3^{\alpha_0} p_1^{\alpha_1}\dots p_m^{\alpha_m}\). Adesso basta usare la seguente semplicissima osservazione: per $\alpha\ge 3$, si ha che $3\alpha+2<2^{\alpha+1}$, per $\alpha_0\ge 2$ si ha che $3\alpha_0+1<3^{\alpha_0}$ e per $\alpha_i\ge 1$ si ha che $3\alpha_i+1<p_i^{\alpha_i}$, per ogni $i\ge 1$. Di conseguenza, se $\alpha\ge 3$ e $\alpha_0\ge 2$, l'equazione non sarà mai verificata perchè il membro a sinistra è sempre strettamente minore di quello a destra. Pertanto una di queste due condizioni deve fallire. Adesso finire l'esercizio è solo un controllo noioso caso per caso. Ad esempio, supponiamo che $\alpha=2$. Allora otteniamo che \(8\prod(3\alpha_i+1)=8\cdot 3^{\alpha_0} p_1^{\alpha_1}\dots p_m^{\alpha_m}\). Per lo stesso motivo di sopra, non può essere $alpha_0\ge 2$, quindi dev'essere $\alpha_0\le 1$. Se $\alpha_0=0$, siccome $p_i^{\alpha_i}>3\alpha_i+1$, deve essere necessariamente $\alpha_i=0$ per ogni $i$, e si ottiene $n=128$ che va bene. Se $\alpha_0=1$, sostituendo si trova \(4\prod_{i\ge 1}(3\alpha_i+1)=3 p_1^{\alpha_1}\dots p_m^{\alpha_m}\). Ora osserviamo i termini $4(3\alpha_1+1)$ e $3p_1^{\alpha_1}$. Se il primo è minore del secondo non ci sono chance che la relazione sia verificata. L'unico caso in cui il primo non è minore del secondo è $p_1=5$, $\alpha_1=1$. Ora sostituiamo e rifacciamo il ragionamento con $p_2$. Si vede in fretta che non ci sono altre soluzioni. Il lettore paziente potrà verificare a mano tutti i casi rimanenti.

Re: Un problema sui divisori

MessaggioInviato: 02/02/2024, 04:06
da gugo82
Quello che ho proposto è un esercizio di allenamento alle Olimpiadi, che stavo rivedendo per/con alcuni studenti; al momento non ho la soluzione.
Appena ho un po' di tempo leggo con attenzione la risposta di hydro, che mi pare molto stringata e devo approfondire qualche passaggio.

Facendo un po' di conti, avevo trovato $2$ e $2^7$ anch'io, ma $2000$ no.

E sì, si contano anche i divisori banali, da com'è scritta la traccia.