공통수학2집합AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

약수의 집합의 포함 관계

문제

자연수 nn의 양의 약수를 모두 원소로 하는 집합을 AnA _{n} 이라 하자. 예를 들어 A6={1,2,3,6}A _{6} = \left\{ 1 , 2 , 3 , 6 \right\}이다. A12AnA _{12} \subset A _{n} 이고 AnA360A _{n} \subset A _{360} 을 만족시키는 자연수 nn의 개수를 구하시오. [4점]

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해설

먼저 두 자연수 mm, nn에 대하여 AmAnA _{m} \subset A _{n} 이 무엇을 뜻하는지 살펴보자. AmAnA _{m} \subset A _{n} 이면 mAmm \in A _{m} 이므로 mAnm \in A _{n} 이고, 이는 mmnn의 약수임을 뜻한다. 거꾸로 mmnn의 약수이면 mm의 약수는 모두 nn의 약수이므로 AmAnA _{m} \subset A _{n} 이다. 즉 AmAnA _{m} \subset A _{n} 과 「mmnn의 약수이다」는 서로 같은 조건이다. 따라서 주어진 조건은 1212nn의 약수이고, nn360360의 약수이다 와 같다. nn1212의 배수이므로 n=12kn = 12 k (kk는 자연수)로 놓으면 12k12 k360360의 약수이어야 하므로 kk3030의 약수이다. 30=2×3×530 = 2 \times 3 \times 5이므로 3030의 약수의 개수는 (1+1)(1+1)(1+1)=8( 1 + 1 ) ( 1 + 1 ) ( 1 + 1 ) = 8 따라서 구하는 자연수 nn의 개수는 88이다. [확인] 실제로 nn의 값은 1212, 2424, 3636, 6060, 7272, 120120, 180180, 36036088개이고, 이들은 모두 1212의 배수이면서 360360의 약수이다.

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