공통수학2집합AI킬러 문제 (22·30번 수준)

약수의 합이 24인 자연수 모두 찾기

문제

자연수 nn의 양의 약수를 모두 원소로 하는 집합을 AnA _{n} 이라 하고, 집합 AnA _{n} 의 모든 원소의 합을 S(An)S ( A _{n} )이라 하자. S(An)=24S ( A _{n} ) = 24를 만족시키는 모든 자연수 nn의 값의 합을 구하시오. [4점]

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52

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해설

실마리: nn의 양의 약수의 합은 nn을 소인수분해하여 소인수마다 약수의 합을 곱한 것이므로, nn의 꼴에 따라 경우를 나눈다. nAnn \in A _{n} 이고 n=1n = 1이면 S(A1)=1S ( A _{1} ) = 1이므로, n2n \geq 2이고 S(An)1+nS ( A _{n} ) \geq 1 + n에서 n23n \leq 23이다. (ⅰ) nn이 소수 pp이면 An={1,p}A _{n} = \left\{ 1 , p \right\}이므로 1+p=241 + p = 24, p=23p = 23 (ⅱ) n=pkn = p ^{k} (pp는 소수, k2k \geq 2)이면 n23n \leq 23에서 n=4,8,9,16n = 4 , 8 , 9 , 16이고 S(A4)=7S ( A _{4} ) = 7, S(A8)=15S ( A _{8} ) = 15, S(A9)=13S ( A _{9} ) = 13, S(A16)=31S ( A _{16} ) = 31 이므로 조건을 만족시키는 nn은 없다. (ⅲ) n=pqn = pq (p<qp < q인 소수)이면 An={1,p,q,pq}A _{n} = \left\{ 1 , p , q , pq \right\}이므로 S(An)=1+p+q+pq=(1+p)(1+q)=24S ( A _{n} ) = 1 + p + q + pq = ( 1 + p ) ( 1 + q ) = 24 31+p<1+q3 \leq 1 + p < 1 + q이고 24=3×8=4×624 = 3 \times 8 = 4 \times 6이므로 p=2p = 2, q=7q = 7 또는 p=3p = 3, q=5q = 5n=14n = 14 또는 n=15n = 15 (ⅳ) nn이 소인수를 (중복을 포함하여) 셋 이상 가지면 n23n \leq 23에서 n=12,18,20n = 12 , 18 , 20이고 S(A12)=28S ( A _{12} ) = 28, S(A18)=39S ( A _{18} ) = 39, S(A20)=42S ( A _{20} ) = 42 이므로 조건을 만족시키는 nn은 없다. (ⅰ)~(ⅳ)에서 조건을 만족시키는 nn14,15,2314 , 15 , 23이다. 따라서 구하는 합은 14+15+23=5214 + 15 + 23 = 52

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