MR-915 / 9. példa

a) Melyik az a legnagyobb természetes szám, amelyre az alábbi négy tulajdonságból pontosan három teljesül?
(1) Húszjegyű.
(2) 20-szal osztható.
(3) Számjegyeinek összege 20.
(4) Számjegyeinek szorzata 20.

Legyen a H alaphalmaz a húszjegyű pozitív egész számok halmaza, az A halmaz pedig a 7-es számjegyet tartalmazó húszjegyű pozitív egész számok halmaza.

b) Melyik a nagyobb: A vagy A ?

Az n jegyű pozitív egészek közül egyet véletlenszerűen kiválasztva 0,99-nél nagyobb annak a valószínűsége, hogy a kiválasztott szám tartalmaz 7-es számjegyet.

c) Határozza meg n lehetséges értékeit!

a) Melyik az a legnagyobb természetes szám, amelyre az alábbi négy tulajdonságból pontosan három teljesül?
(1) Húszjegyű.
(2) 20-szal osztható.
(3) Számjegyeinek összege 20.
(4) Számjegyeinek szorzata 20.

A 20-al osztható számok 00-ra 20-ra 40-re 60-ra vagy 80-ra végződnek. Az utolsó számjegyük tehát 0. Éppen ezért:

(2) és (4) kizárják egymást, mert a 20-szal osztható számok 0-ra végződnek, így számjegyeik a 0-val való szorzás miatt 0.

A fentiek miatt elvetjük a (4)-es feltételt, azaz hogy a szorzat 20. Ezek alapján az első három feltételt kell kielégíteni: (1), (2), (3).

Mivel a legnagyobb 20 jegyű számot kell felírni, kézenfekvő, hogy 9-essel kell kezdeni, a végén pedig természetesen 0 a (2)-es feltétel alapján:

9xxxxxxxxxxxxxxxxxx0

Mivel feltétlenül a legnagyobb 20 jegyű számot kell kapnunk, biztosítsuk be magunkat azzal, hogy a második számjegy is 9:

99xxxxxxxxxxxxxxxxx0

Mivel most már csak a (3) feltételt kell teljesítenünk, nevezetesen hogy az összeg 20 legen,  ezért kell mégy egy 2-es és sok nulla:

9920000000000000000017x

Az ilyen számok közül tehát a legnagyobb szám:

99200000000000000000

Legyen a H alaphalmaz a húszjegyű pozitív egész számok halmaza, az A halmaz pedig a 7-es számjegyet tartalmazó húszjegyű pozitív egész számok halmaza.

b) Melyik a nagyobb: A vagy A ?

20 jegyű szám esetén az első számjegy nem lehet 0, csak kizárólag 1-9 közül bármelyik. 
A második számjegytől  a 19-edig számjegyig viszont már lehetnek bármilyenek, azaz 10 féle.
Ezért a H halmaz darabszáma:

H=9·1019

Az A halmazban olyan 20 jegyű számok vannak, amik 7-est tartalmaznak. Ehhez meg kellene vizsgálni azokat a számokat amik 1, 2 , 3 és így tovább számú 7-est tartalmaznak.

Éppe ezért sokkal könnyebb azokat a számokat vizsgálni, amelyek nem tartalmaznak 7-est (komplementer halmaz)

Számoljuk ki azokanak a 20 jegyű számoknak a számát, amelyek nem tartalmaznak 7-est: Ez valójában az A halmaz komplementerének az elemszáma:

Az első helyre nem írhatok 0-ást és 7-est, azaz 8 féle számot írhatunk. A 2. számjegytől a 20. számjegyig, az 19 számjegy esetében lehe bármi, 7-esen kívül (0,1,2,3,4,5,6,8,9), azaz 9 féle számjegy. Ezek alapján: 

A¯=8·919

A=H-A¯

A=9·1019-8·919

Most már csak az a kérdés hogy melyik halmaz elemszáma lesz a nagyobb. Ezt nem olyan egyszerű megállapítani, még számológéppel sem, mivel igen nagy számokról van szó. 
Tételezzük fel a következő esetet:

A>A¯

9·1019-8·919>8·919

9·1019>8·919+8·919

9·1019>2·8·919

9·1019>16·919

1019919>169

10919>169

10919>169| lg

Fontos megjegyezni, hogy nem fordul a relációs jel mivel 10-es alapú logaritumust használunk, ami szigorúan növekvő függvény.

lg 10919>lg169

lg 10919>lg169

19·lg1019>lg169

Fontos megjegyezni hogy nem fordula a relációs jel, mive a logaritmus biztosan pozitív, mivel az argumens nagyobb mint 1.

19>lg169lg1019

19>lg169lg10195,46

19>5,46 T igaz

A>A¯

Az n jegyű pozitív egészek közül egyet véletlenszerűen kiválasztva 0,99-nél nagyobb annak a valószínűsége, hogy a kiválasztott szám tartalmaz 7-es számjegyet.

c) Határozza meg n lehetséges értékeit!

P (van 7)>0,99

n számjegy esetén, a 7-esek száma lehet csak 1, lehet 2, lehet 3, és így tovább, egészen n-ig. Épp ezért célszerű komplementer halmazzal számolni, hiszen könnyebb meghatározni, hogy ha egyáltalán nincs 7-es. Ennek a valószínűsége:

P (nincs 7)<0,01

P (nincs 7)=pq

n jegyű pozitív egész számok esetén az első számjegy nem lehet nulla (9 lehetéséges eset), míg az összes többi n-1 számjegy lehet 10 féle. Az öszes lehetéges esetek száma (q) ezek szerint:

q=9·10n-1

A kedvező esetek (p) azok, amikor nincs 7 számjegy. Ezek szerint az első számjegy nem lehet 0 és 7 (8 lehetséges eset) az összes többi pedig minden lehet csak 7 nem (9 lehetséges eset).
A kedvező esetek száma p ezek alapján:

p=8·9n-1

P (nincs 7)=pq=8·9n-19·10n-1<0,01

89·9n-110n-1<0,01

910n-1<98·0,01

910n-1<98·1100

910n-1<9800

910n-1<9800|lg

lg910n-1<lg9800

n-1·lg910<lg9800

Mivel mindkét logaritmus argumense kissebb mint 1, azaz a logaritmus negatív számot ad, ezért meg kell fordítani a relációs jegyet:

n-1>lg9800lg910

n=lg9800lg910+1

n>43,59

n44