На плоскости даны четыре точки с целочисленными координатами: A(a, 0), B(b, 0), C(0, c) и D(0, d), где 0 < a < b и 0 < c < d.

Точка P(x,y) с целочисленными координатами выбрана на отрезке AC так, что треугольники ABP, CDP и BDP оказываются подобными.

Легко показать, что при этом a=c=x+y. Поэтому, задав подходящим образом четверку чисел (x,y,b,d), мы однозначно определим размер и положение наших треугольников.

Например, четверки (x,y,b,d)=(1,1,3,4) и (x,y,b,d)=(1,1,4,3) обе удовлетворяют указанным условиям: каждая из них задает три подобных треугольника. Мы будем считать различными такие четверки, отвечающие взаимно симметричным конфигурациям.

При b+d<100 существует 110 различных четверок, задающих три подобных треугольника.

При b+d<100 000 существует 395662 различных четверок, задающих три подобных треугольника.

Сколько существует различных четверок, задающих три подобных треугольника при b+d<100 000 000?

В сильно  упрощенной модели белки можно рассматривать как цепочки гидрофобных (H) и полярных (P) элементов, например HHPPHHHPHHPH.

В этой задаче мы будем считать, что ориентация белка существенна, то есть белки HPP и PPH мы будем считать различными, а количество белков из n элементов будет равно 2ⁿ.

Гидрофобные элементы притягиваются друг к другу, и белок принимает наиболее энергетически выгодную конфигурацию так, чтобы максимизировать количество связей H-H. 

Поэтому элементы H часто находятся внутри белка, а элементов P больше снаружи. Конечно, настоящие белки имеют трехмерные конфигурации, но мы еще несколько упростим модель, ограничившись двумя измерениями и предполагая, что звенья цепочки занимают места в клетках квадратной решетки.

На рисунке показаны две конфигурации одного белка (связи H-H отмечены красными точками)

В конфигурации слева сформировалось всего лишь 6 связей H-H, поэтому такая конфигурация энергетически невыгодна и не может встретиться в природе.

Правая конфигурация имеет девять связей H-H, и это максимальное значение для такой цепочки. Будем называть оптимальными те конфигурации, которые обеспечивают максимальное количество связей H-H для данной цепочки.

77 из 256 восьмиэлементных цепочек в оптимальной конфигурации имеют более 4 связей H-H.

Сколько цепочек, состоящих из 15 элементов, в оптимальной конфигурации будут иметь более 9 связей H-H?

Ним – это игра, в которой двое участников по очереди берут камни, разложенные на несколько кучек. Каждым ходом игрок должен взять из одной кучки один или несколько камней, но хотя бы один – обязательно!

Проигрывает тот, кому камней не досталось, и кто поэтому не может сделать ход.

Мы рассмотрим наиболее популярную версию игры с тремя кучками камней.

Пусть начальная позиция описывается тройкой чисел (n1,n2,n3), где  n1,n2 и n3 - количество камней в каждой из трех кучек.

• Позиция называется выигрышной, если первый игрок, правильно выбрав стратегию, может гарантировать свою победу.
• Позиция называется проигрышной, если первый игрок при правильной игре второго всегда проигрывает.

Например, позиция (0,n,n) – проигрышная для любых n, ибо второй игрок всегда может выравнивать количество камней в двух оставшихся кучках, пока в них что-то остается. По этой же причине позиция (1,2,3) – тоже проигрышная, ибо второй игрок своим ходом всегда может создать позицию вида (0,n,n), например:

Первый игрок: (1,2,1)         Второй игрок: (1,0,1)

Первый игрок: (0,0,1)         Второй игрок: (0,0,0) – победа.

Подсчитайте, сколько существует проигрышных позиций вида (n,2n,3n), где n – натуральное число, не превышающее 10¹².

Назовем натуральное число n мощным, если для его любого простого делителя p число n делится также на p².

Назовем натуральное число n точной степенью, если оно является степенью другого натурального числа.

Назовем натуральное число n ахиллесовым, если оно мощное, но не является точной степенью. Например, числа 864 = 2⁵•3³ и 1800 = 2³•3²•5² — ахиллесовы.

Назовем натуральное число S сильно ахиллесовым, если и S, и φ(S) — ахиллесовы.  Здесь φ(S) означает функцию Эйлера. 

Например, число 864 — сильно ахиллесово число, поскольку φ(864) = 288 = 2⁵•3², а число 1800 — ахиллесово, но не сильно ахиллесово, так как φ(1800) = 480 = 2⁵•3¹•5¹.

Существует 2 трехзначных и 5 четырехзначных сильно ахиллесовых чисел, а восьмизначных насчитывается 396.

Найдите количество 18-значных сильно ахиллесовых чисел.

Для каждого натурального числа n определим f(n) как наименьшее натуральное число, кратное n, десятичная запись которого состоит из нулей, двоек и троек.

Например, f(1)=2, f(3)=3, f(4)=f(5)=f(10)=20, f(7)=203, f(9)=333, f(89)= 20203.

Можно подсчитать, что 

f(1)/1 + f(2)/2 + f(3)/3+ ... + f(100)/100 = 19443

Найдите f(1)/1 + f(2)/2 + f(3)/3+ ... + f(10000)/10000

Как известно, последовательность Фибоначчи определяется рекуррентно:

f(0)=0 , f(1)=1, и f(n)=f(n-1)+f(n-2) при n>1.

Найдите Σf(p_i), где p_i – простые числа, и 10¹⁴< p_i <10¹⁴+5*10⁶.

Остаток от деления полученной суммы на 1234567891011 будет ответом к этой задаче.

Рассмотрим бесконечную строку S, состоящую из записанных подряд натуральных чисел в десятичной записи:

S =1234567891011121314151617181920212223242...

Ясно, что десятичная запись каждого натурального числа n встретится в строке S бесконечно много раз. Будем отмечать, где именно встретились такие вхождения. Например, число 12 первый раз встретится, начиная с позиции 1 строки S, а второй раз — с позиции 14, и так далее.

Обозначим через f(n) номер позиции в строке S, с которого начинается n-ое вхождение числа n. Например, f(1)=1, f(5)=81, f(11)=235, а f(7780)=111111365.

Найдите ∑f(11^k), где 1≤k≤6.

Рассмотрим игру для двух участников. Игровое поле представляет собой полоску из n клеток белого цвета. Ходы совершают по очереди. Каждым ходом игрок должен закрасить любые две соседние белые клетки. Проигрывает тот, кто не может сделать ход.

• При n=1 первый игрок автоматически проигрывает, поскольку не может сделать ни одного хода.
• При n=2 есть только один ход, который автоматически ведет к победе.
• При n=3 первый игрок может выбрать один из двух различных ходов, и оба они ведут к немедленной победе.
• При n=4 есть три варианта хода. Среди них есть один выигрышный ход, когда игрок закрашивает две средние клетки.
• При n=5 есть четыре варианта хода (они показаны на рисунке красным цветом), но все они ведут к поражению: второй игрок (показан синим цветом) всегда может выиграть.

Таким образом, первые три значения n, при которых первый игрок выигрывает – это 2,3 и 4, а первые два проигрышных значения – это 1 и 5. Третье проигрышное значение n=9, десятое: n=43.

Найдите миллионное значение n, при котором второй игрок всегда может победить.

При изготовлении микросхемы, состоящей из n транзисторов, образовалось k микродефектов. Дефекты распределены случайным образом, каждый дефект оказался в одном из транзисторов, и в любом транзисторе могло оказаться любое количество дефектов. Если в каком-либо транзисторе оказалось три или более дефектов, такой транзистор не работает, и вся микросхема идет в брак.

Обозначим через E(n,k) математическое ожидание количества транзисторов, содержащих дефекты, в годной микросхеме. Например, E(13,3)≈2.78571...

Найдите E(1000000,20000), умножьте на 100000, а результат округлите до целого.

Английский математик Джон Хортон Конвей изобрел множество математических развлечений, доставляющих не только удовольствие, но и пищу для серьезных размышлений. Одно из его изобретений – язык программирования FRACTRAN, о котором пойдет речь в данной задаче.

Память данных виртуальной машины языка FRACTRAN содержит одно единственное целое число, а программа представляет собой упорядоченную последовательность рациональных дробей. На каждом шаге выполнения программы машина просматривает эти дроби одну за другой слева направо и умножает каждую из них на число из памяти, пока произведение не окажется целым. Полученное целое число записывают в память вместо предыдущего. 

Вот, например, FRACTRAN-программа, предложенная Конвеем для получения последовательности простых чисел:

17/91, 78/85, 19/51, 23/38, 29/33, 77/29, 95/23, 77/19, 1/17, 11/13, 13/11, 15/2, 1/7, 55/1.

Записав в память исходное значение 2, получим в памяти ряд чисел в следующей последовательности:

15, 825, 725, 1925, 2275, 425, 390, 330, 290, 770, 910, 170, 156, 132, 116, 308, 364, 68, 4, 30, ..., 136, 8, 60, ..., 544, 32, 240, ...

Оказывается, степени двойки в полученной последовательности встречаются только с простыми показателями: 2², 2³, 2⁵, ..., и можно проверить, что данная последовательность будет содержать в порядке возрастания все степени двух с простыми показателями.

Заметим, что для получения 2² из исходного числа 2 потребовалось 19 шагов программы, и при этом три раза происходило умножение на дробь 13/11.

А сколько раз придется выполнить умножение на 13/11 при переходе от исходного числа 2 к 2¹¹¹¹¹⁹?