2017 AMC 10A Problema 20

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

20.

Sea S(n)S(n) la suma de los dígitos del entero positivo n.n. Por ejemplo, S(1507)=13.S(1507) = 13. Para cierto entero positivo n,n, S(n)=1274.S(n) = 1274.

¿Cuál de los siguientes podría ser el valor de S(n+1)S(n+1)?

Let S(n)S(n) equal the sum of the digits of positive integer n.n. For example, S(1507)=13.S(1507) = 13. For a particular positive integer n,n, S(n)=1274.S(n) = 1274.

Which of the following could be the value of S(n+1)?S(n+1)?

11

33

1212

12391239

12651265

Respuesta: D
Conceptos:dígitosaritmética modular
Nivel de dificultad: 1480
Solución:

Recordemos que un número es divisible por 99 si y solo si la suma de sus dígitos también es divisible por 9.9.

Esto significa que mirar S(n)S(n) módulo 99 también nos da nn módulo 9.9.

Probémoslo. Si sumamos xx a nn sin llevar, la suma de los dígitos aumenta claramente en xx, y nn mismo también aumenta en x.x.

Esto aumenta ambos valores módulo 99 en x.x.

Si hay una llevada, restamos 1010 de algún dígito y sumamos 11 al siguiente.

Eso mantiene constante el valor módulo 99. Sin embargo, también sumamos xx, así que el valor módulo 99 todavía aumenta en x.x.

Estos son los únicos casos, y en ambos hemos mostrado que los valores módulo 99 de nn y S(n)S(n) aumentan en x.x.

Por tanto, nS(n)5(mod9). n \equiv S(n) \equiv 5 \pmod 9.

De aquí, n+16S(n+1)(mod9). \begin{aligned} n + 1 &\equiv 6 \\ &\equiv S(n + 1) \pmod 9. \end{aligned}

La única opción que deja residuo 66 al dividirse entre 99 es 1239.1239.

Este valor es alcanzable. Tomemos nn formado por 137137 dígitos 9,9, seguidos de un dígito 5,5, y luego cuatro dígitos 9.9. Entonces S(n)=1379+5+49=1274.\begin{aligned}S(n)&=137\cdot9+5+4\cdot9\\&=1274.\end{aligned} Al sumar 11, los cuatro 99 finales se vuelven 00 y el 55 se vuelve 6,6, por lo que S(n+1)=1379+6=1239.S(n+1)=137\cdot9+6=1239.

Por lo tanto, D es la respuesta correcta.

Recall that a number is divisible by 99 if and only if the sum of its digits is also divisible by 9.9.

This means that looking at S(n)S(n) mod 99 would also give us nn mod 9.9.

Let us prove this. If we add xx to nn without carrying, it is clear that the sum of the digits increases by xx and that nn itself increases by x.x.

This would increase both their values mod 99 by x.x.

Now, if it does carry, we would be subtracting 1010 from some digit and adding on 11 to the next digit.

This would keep the value mod 99 constant. We did, however, add xx in there, so the value mod 99 still increased by x.x.

These are the only two cases, and in both we have shown that the value mod 99 for both nn and S(n)S(n) increased by x.x.

Therefore, we have that nS(n)5(mod9). n \equiv S(n) \equiv 5 \pmod 9.

From this, we can see that n+16S(n+1)(mod9). \begin{aligned} n + 1 &\equiv 6 \\ &\equiv S(n + 1) \pmod 9. \end{aligned}

The only answer choice that leaves a remainder of 66 when divided by 99 is 1239.1239.

This value is attainable. Take nn to consist of 137137 digits 9,9, followed by a digit 5,5, followed by four more digits 9.9. Then S(n)=1379+5+49=1274.\begin{aligned}S(n)&=137\cdot9+5+4\cdot9\\&=1274.\end{aligned} Adding 11 changes the final four 99s to 00s and changes the 55 to 6,6, so S(n+1)=1379+6=1239.S(n+1)=137\cdot9+6=1239.

Thus, D is the correct answer.

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