n을 11로 나누었을 때 몫과 나머지를 각각 Q,R이라 하면
n=11Q+R (단, 0≤R≤10인 정수)
이므로
n=1∑2004[11n2]=n=0∑2004[11n2]=n=0∑2001[11n2]+n=2002∑2004[11n2]
=Q=0∑181R=0∑10[11(11Q+R)2]+n=2002∑2004[11n2]
=Q=0∑181R=0∑10[11112Q2+2⋅11⋅Q⋅R+R2]+n=2002∑2004[11n2]
=Q=0∑181R=0∑10{11Q2+2⋅Q⋅R+[11R2]}+n=2002∑2004[11n2]
=Q=0∑181{112Q2+10⋅11Q+R=0∑10[11R2]}+n=2002∑2004[11n2]⋯(1)
여기서
R=0∑10[11R2]=[1102]+[1112]+⋯+[11102]=31
이므로 식 (1)은
=Q=0∑181{112Q2+10⋅11Q+31}+n=2002∑2004[11n2]⋯(2)
따라서, 구하고자 하는 값은
181⋅31+n=2002∑2004[11n2]=31⋅(6⋅11+5)+n=2002∑2004[11n2]
을 11로 나누었을 때의 나머지와 같다.
n=2002∑2004[11n2]=R=0∑2[11(11⋅182+R)2]
의 관계를 이용하여 구하면 나머지는 2이다.
【다른 풀이 1】
[11n2]은 1에서 n2까지의 11의 배수의 개수이다. n=1∑2004[11n2]=n=0∑2004[11n2]이다.
ⅰ) n=0,1,2,⋯,10(=11×0+10) 을 고려하면,
n=0∑10[11n2]=0+0+0+0+1+2+3+4+5+7+9=31이다.
이를 다시 11로 나누어 보면, 31=11×2+9이다.
ⅱ) n=11,12,13,⋯,21(=11×1+10) 을 고려하면,
n=11×1+r (단,0≤r≤10 )
이라고 놓으면,
n=11∑21[11n2]=r=0∑10[11(11×1+r)2]
=r=0∑10[11112×12+2×11×1×r+r2]
=r=0∑10[11⋅12+2×1×r+11r2]
=r=0∑10{11⋅12+2×1×r+[11r2]}
=11×11+11×2r+r=0∑10[11r2]
=11(11+2r)+31=11(11+2r+22)+9
따라서, n=11∑21[11n2]을 11로 나눈 나머지는 9이다. 이런 방법으로
ⅲ) n=22,23,24,⋯,32(=11×2+10) 을 고려하면, n=22∑32[11n2]을 11로 나눈 나머지도 9이다. 이러한 방법으로 계속 계산하면
ⅳ) n=1991,1992,1993,⋯,2001(=11×181+10) 을 고려하면,n=1991∑2001[11n2]을 11로 나눈 나머지도 9이다.
따라서, n=1∑2001[11n2]=n=0∑2001[11n2] 를 11로 나눈 나머지는 182×9를 11로 나눈 나머지이므로
182×9=(11×16+6)×9=11×16×9+54=11(16×9+4)+10
에서 나머지는 10이다.⋯(1)
또, n=2002∑2004[11n2]를 11로 나눈 나머지를 구해보면,
n=2002∑2004[11n2]=[1120022]+[1120032]+[1120042]
=[11(11×182)2]+[11(11×182+1)2]+[11(11×182+2)2]
=11×1822+[11(11×182)2+2×11×182×1+1]
+[11(11×182)2+2×11×182×2+4]
=11×1822+[11×1822+2×182×1+111]
+[11×1822+2×182×2+114]
=11×1822+11×1822+2×182×1+[111]
+11×1822+2×182×2+[114]
=3×11×1822+2×182+0+4×182+0
=3×11×1822+6×182
=3×11×1822+6×(11×16+6)
=11(3×1822+6×16)+36
=11(3×1822+6×16+3)+3
따라서,11로 나눈 나머지는 3이다.⋯(2)
∴(1),(2)에서 n=1∑2004[11n2]=n=0∑2004[11n2]를 11로 나눈 나머지는 10+3=13 을 11로 나눈 나머지이므로 정답은2이다.
【다른 풀이 2】 : mod 11 이용
n=1∑2004[11n2]=n=0∑2004[11n2]
≡k=0∑181{l=0∑10[11(11k+l)2]}+n=2002∑2004[11n2] ( mod11 )
≡k=0∑181{l=0∑10[11(112k2+2×11kl+l2)]}+[11(11×182+0)2]
+[11(11×182+1)2]+[11(11×182+2)2]
≡k=0∑181{l=0∑10(11k2+2kl+[11l2])}+0+1+2
≡k=0∑181{112k2+55k+l=0∑10[11l2]}+3
≡0+0+k=0∑181{l=0∑10[11l2]}+3
≡k=0∑181(0+0+0+0+1+2+3+4+5+7+9)+3
≡182×31+3≡6×9+3≡54+3≡10+3≡2