1. **Постановка задачі:**
Дано натуральне число $n > 1$. Потрібно знайти найменшу кількість натуральних чисел, факторіали яких у сумі дорівнюють $n! - 1$.
2. **Визначення факторіалу:**
Факторіал натурального числа $k$ позначається як $k!$ і дорівнює добутку всіх натуральних чисел від 1 до $k$, тобто
$$k! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot ... \cdot k.$$
3. **Важливе спостереження:**
Різниця між послідовними факторіалами:
$$ (n+1)! - n! = (n+1) \cdot n! - n! = n \cdot n!.$$
Це допомагає розкласти $n! - 1$ у вигляді суми різниць факторіалів.
4. **Розклад $n! - 1$ у суму:**
Запишемо:
$$ n! - 1 = (n! - (n-1)!) + ((n-1)! - (n-2)!) + ... + (2! - 1!). $$
5. **Перетворення кожної різниці:**
Кожна різниця має вигляд:
$$ k! - (k-1)! = (k-1) \cdot (k-1)! $$
Отже,
$$ n! - 1 = (n-1) \cdot (n-1)! + (n-2) \cdot (n-2)! + ... + 2 \cdot 2! + 1 \cdot 1!. $$
6. **Підрахунок кількості чисел:**
Сума коефіцієнтів:
$$ 1 + 2 + 3 + ... + (n-1) = \frac{(n-1)n}{2}. $$
Це означає, що щоб отримати $n! - 1$, можна взяти:
- $1$ раз $1!$
- $2$ рази $2!$
- $3$ рази $3!$
- ...
- $(n-1)$ разів $(n-1)!$
Всього буде $\frac{(n-1)n}{2}$ чисел.
7. **Доведення мінімальності:**
Якщо число $k!$ записано більше ніж $k$ разів, то можна замінити $(k+1)$ таких чисел на одне число $(k+1)!$, бо
$$ (k+1)! = (k+1) \cdot k!. $$
Це зменшить загальну кількість чисел.
8. **Висновок:**
У мінімальному наборі число $k!$ не може бути записане більше ніж $k$ разів.
Тоді максимальна сума факторіалів, яку можна отримати, дорівнює
$$ \sum_{k=1}^{n-1} k \cdot k! = n! - 1. $$
Отже, найменша кількість чисел дорівнює
$$ \frac{(n-1)n}{2}. $$
**Відповідь:** найменша кількість виписаних чисел дорівнює $\frac{(n-1)n}{2}$.
Factorial Sum Ce296D
Step-by-step solutions with LaTeX - clean, fast, and student-friendly.