26 aprile 2014 - 20:16

Dimostrazioni sul fattoriale
prima ( facile )
Dimostrate, in termini formalmente corretti, che per n maggiore o uguale a 5 , il fattoriale di n  termina sempre per 0.
 
secona ( difficile )
Ci sono molti zeri alla fine di 100! e di 1000!. Quanti ?
( non calcolate esplicitamente questi numeri, per carità ).
Ecco tutto

Prima parte.
Definiamo fattoriale di un numero naturale, n!, il prodotto di quel numero per tutti gli interi positivi che lo precedono.
Se n è maggiore o uguale a 5, il suo fattoriale include i fattori moltiplicativi
               5 * 4 * 3 * 2 * 1;
dal momento che un numero finisce con 0 quando è divisibile per 10, e la divisibilità per 10 implica quella per 5 e per 2 o, il che è equivalente, che tra i fattori moltiplicativi di quel numero ci siano 5 e 2, il nostro n! considerato termina con almeno uno 0.
 
Seconda parte.
Abbiamo visto che perché un numero finisca con uno 0 questo deve avere tra i suoi fattori moltiplicativi un 5 e un 2. Il numero di zeri con cui termina un numero sarà dato dal numero di coppie (5,2) presenti nella sua scomposizione in fattori, e cioè, formalizzando matematicamente, sarà dato da
               min(n,m)
con n esponente di 2 e m esponente di 5 nella scomposizione in fattori primi.
Questa la teoria. Nella pratica, per arrivare a quanto chiesto nel quesito, quando si devono trattare numeri estremamente grandi, come 100! o 1000!, è opportuno trovare "scorciatoie" per sapere quanti 5 e 2 ci sono.
Considerando che tutti i numeri pari portano al fattoriale di un numero almeno un fattore 2, è superfluo contare l'esponente con cui il 2 compare nella scomposizione in fattori primi, perché sicuramente sarà maggiore di quello di 5.
L'apporto di fattori 5 è dato dai multipli di 5 minori del numero n di cui si considera il fattoriale; il loro numero è dato dalla parte intera del rapporto tra il numero n e 5 (cioè il più grande intero minore o uguale al rapporto tra n e 5); in simboli:
               ⌊ n / 5 ⌋
Ci sono però multipli di 5 che contengono più di un fattore 5: sono i multipli di 25; in tal caso, sarà necessario contare i 5 "aggiuntivi", dati da
               ⌊ n / 25 ⌋
Lo stesso andrà fatto per i multipli di 125, 625, ...
In generale, quindi, per trovare il numero di zeri con cui finisce un generico n!, si deve riccorrere alla formula:
               ∑ ⌊ n / 5^(i) ⌋
con i che va da 1 a k, con k definito come 5^(k) > n, e cioè come l'esponente da dare a 5 per cui la parte intera di n/5^(k) è 0.
 
Sviluppando la sommatoria per 100! si ha:
n_zeri = ⌊100/5⌋ + ⌊100/25⌋ = 20+4 = 24.
Per 1000!:
n_zeri = ⌊1000/5⌋ + ⌊1000/25⌋ + ⌊1000/125⌋ + ⌊1000/625⌋ = 200+40+8+1 = 249.
 
Samuele