2024 AIME II Problema 7

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Todos los problemas se usan con el permiso legal oficial de la Mathematical Association of America (MAA).

7.

Sea NN el mayor entero de cuatro dígitos con la propiedad de que cada vez que uno de sus dígitos se cambia a 1,1, el número resultante es divisible por 7.7. Sean QQ y RR el cociente y el resto, respectivamente, cuando NN se divide entre 1000.1000. Halla Q+R.Q + R.

Let NN be the greatest four-digit integer with the property that whenever one of its digits is changed to 1,1, the resulting number is divisible by 7.7. Let QQ and RR be the quotient and remainder, respectively, when NN is divided by 1000.1000. Find Q+R.Q + R.

Respuesta: 699
Conceptos:aritmética modulardígitosoptimización
Nivel de dificultad: 2650
Pista pequeña:

Cambiar un dígito a 11 resta (dıˊgito1)(\text{dígito} - 1) veces una potencia de 10,10, así que N6(a1)N \equiv 6(a-1) 2(b1)\equiv 2(b-1) 3(c1)\equiv 3(c-1) d1(mod7)\equiv d - 1 \pmod 7 para los dígitos a,b,c,da, b, c, d

Changing a digit to 11 subtracts (digit1)(\text{digit} - 1) times a power of 10,10, so N6(a1)N \equiv 6(a-1) 2(b1)\equiv 2(b-1) 3(c1)\equiv 3(c-1) d1(mod7)\equiv d - 1 \pmod 7 for digits a,b,c,da, b, c, d

Pista grande:

Sea k=Nmod7:k = N \bmod 7: cada dígito queda entonces determinado módulo 7,7, y la consistencia de NN con sus propios dígitos obliga a un único valor de kk

Let k=Nmod7:k = N \bmod 7: each digit is then determined mod 7,7, and consistency of NN with its own digits forces a single value of kk

Solución:

Escribe NN con dígitos a,b,c,d.a, b, c, d. Cambiar el dígito de los millares a 11 produce N(a1)1000,N - (a - 1) \cdot 1000, así que N1000(a1)(mod7),N \equiv 1000(a-1) \pmod 7, y de forma análoga para los demás dígitos. Como 10006,1000 \equiv 6, 1002,100 \equiv 2, y 103(mod7),10 \equiv 3 \pmod 7, N6(a1)2(b1)3(c1)d1(mod7). \begin{aligned} N &\equiv 6(a-1) \\ &\equiv 2(b-1) \equiv 3(c-1) \\ &\equiv d - 1 \pmod 7. \end{aligned}

Sea k=Nmod7.k = N \bmod 7. Usando 616 \equiv -1 y los inversos 214,2^{-1} \equiv 4, 315,3^{-1} \equiv 5, los dígitos cumplen a1k,a \equiv 1 - k, b1+4k,b \equiv 1 + 4k, c1+5k,c \equiv 1 + 5k, d1+k(mod7).d \equiv 1 + k \pmod 7. Pero además kNk \equiv N 6a+2b+3c+d(mod7);\equiv 6a + 2b + 3c + d \pmod 7; sustituyendo se obtiene k12+18k5+4k,k \equiv 12 + 18k \equiv 5 + 4k, así que 3k23k \equiv 2 y k3(mod7).k \equiv 3 \pmod 7.

Entonces a5,a \equiv 5, b6,b \equiv 6, c2,c \equiv 2, d4(mod7),d \equiv 4 \pmod 7, y tomando el mayor dígito en cada clase se obtiene a=5a = 5 (la clase {5,12,}\{5, 12, \ldots\} no tiene un dígito mayor), b=6,b = 6, c=9,c = 9, d=4:d = 4: N=5694.N = 5694. En efecto, 1694,5194,5614,56911694, 5194, 5614, 5691 son todos múltiplos de 7.7. Finalmente Q=5,Q = 5, R=694,R = 694, y Q+R=699.Q + R = 699.

Write NN with digits a,b,c,d.a, b, c, d. Changing the thousands digit to 11 produces N(a1)1000,N - (a - 1) \cdot 1000, so N1000(a1)(mod7),N \equiv 1000(a-1) \pmod 7, and similarly for the other digits. Since 10006,1000 \equiv 6, 1002,100 \equiv 2, and 103(mod7),10 \equiv 3 \pmod 7, N6(a1)2(b1)3(c1)d1(mod7). \begin{aligned} N &\equiv 6(a-1) \\ &\equiv 2(b-1) \equiv 3(c-1) \\ &\equiv d - 1 \pmod 7. \end{aligned}

Let k=Nmod7.k = N \bmod 7. Using 616 \equiv -1 and the inverses 214,2^{-1} \equiv 4, 315,3^{-1} \equiv 5, the digits satisfy a1k,a \equiv 1 - k, b1+4k,b \equiv 1 + 4k, c1+5k,c \equiv 1 + 5k, d1+k(mod7).d \equiv 1 + k \pmod 7. But also kNk \equiv N 6a+2b+3c+d(mod7);\equiv 6a + 2b + 3c + d \pmod 7; substituting gives k12+18k5+4k,k \equiv 12 + 18k \equiv 5 + 4k, so 3k23k \equiv 2 and k3(mod7).k \equiv 3 \pmod 7.

Then a5,a \equiv 5, b6,b \equiv 6, c2,c \equiv 2, d4(mod7),d \equiv 4 \pmod 7, and taking the largest digit in each class gives a=5a = 5 (the class {5,12,}\{5, 12, \ldots\} has no larger digit), b=6,b = 6, c=9,c = 9, d=4:d = 4: N=5694.N = 5694. Indeed 1694,5194,5614,56911694, 5194, 5614, 5691 are all multiples of 7.7. Finally Q=5,Q = 5, R=694,R = 694, and Q+R=699.Q + R = 699.

Problema 6#6
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