Для решения этой задачи нам нужно найти наименьшее натуральное число ( n ), которое удовлетворяет следующим условиям:
- (\frac{n}{2}) является полным квадратом.
- (\frac{n}{3}) является полным кубом.
- (\frac{n}{5}) является полной пятой степенью.
Обозначим:
- (\frac{n}{2} = a^2), где ( a ) — натуральное число.
- (\frac{n}{3} = b^3), где ( b ) — натуральное число.
- (\frac{n}{5} = c^5), где ( c ) — натуральное число.
Из этих выражений следует, что:
[ n = 2a^2 = 3b^3 = 5c^5. ]
Итак, число ( n ) должно быть кратно 2, 3 и 5, т.е. наименьшее ( n ) будет кратно ( \text{НОК}(2, 3, 5) = 30 ).
Представим ( n ) в виде ( n = 2^x \times 3^y \times 5^z \times k ), где ( k ) не делится на 2, 3 или 5.
Для каждого условия:
( 2a^2 = n \Rightarrow a^2 = \frac{n}{2} ) значит ( n/2 ) должно быть полным квадратом. Следовательно, для ( n = 2^x \times 3^y \times 5^z \times k ), ( x-1, y, z ) и все степени в разложении ( k ) должны быть четными.
( 3b^3 = n \Rightarrow b^3 = \frac{n}{3} ) значит ( n/3 ) должно быть полным кубом. Таким образом, ( x, y-1, z ) и все степени в разложении ( k ) должны быть кратны 3.
( 5c^5 = n \Rightarrow c^5 = \frac{n}{5} ) значит ( n/5 ) должно быть полной пятой степенью. Следовательно, ( x, y, z-1 ) и все степени в разложении ( k ) должны быть кратны 5.
Теперь решим систему условий:
- ( x-1 \equiv 0 \pmod{2} )
- ( y \equiv 0 \pmod{2} )
( z \equiv 0 \pmod{2} )
( x \equiv 0 \pmod{3} )
- ( y-1 \equiv 0 \pmod{3} )
( z \equiv 0 \pmod{3} )
( x \equiv 0 \pmod{5} )
- ( y \equiv 0 \pmod{5} )
- ( z-1 \equiv 0 \pmod{5} )
Решая систему, получим:
- ( x \equiv 0 \pmod{30} ) (кратное 2, 3 и 5)
- ( y \equiv 2 \pmod{30} ) (чтобы быть кратным 2 и 5, и ( y-1 \equiv 0 \pmod{3} ))
- ( z \equiv 10 \pmod{30} ) (чтобы быть кратным 2 и 3, и ( z-1 \equiv 0 \pmod{5} ))
Наименьшие такие ( x, y, z ) дают:
- ( x = 0 )
- ( y = 2 )
- ( z = 10 )
Таким образом, наименьшее ( n = 2^0 \times 3^2 \times 5^{10} = 9 \times 9765625 = 87890625 ).
Поэтому наименьшее натуральное число, удовлетворяющее всем условиям, равно 87890625.