Ключевое наблюдение
Целое среднее арифметическое четырёх чисел означает, что их сумма делится на 4. Аналогично для троек, пятёрок и шестёрок.
Все числа на доске дают одинаковый остаток при делении на 4. Пусть это не так: числа \(a\) и \(b\) дают разные остатки. Возьмём ещё три числа \(c\), \(d\), \(e\) с доски и рассмотрим две четвёрки:
\[a,\ c,\ d,\ e \qquad\text{и}\qquad b,\ c,\ d,\]\[\ e.\]
Обе суммы делятся на 4, значит и их разность делится на 4. Но разность равна
\[(a + c + d + e) - (b + c + d + e) = a - b,\]
а если \(a - b\) делится на 4, то остатки совпадают. Противоречие.
Точно так же, беря пары троек, пятёрок и шестёрок с общей частью, получаем то же самое для модулей 3, 5 и 6.
Важно! Все дальнейшие пункты — это игра с четырьмя остатками числа 30035. Выпишем их сразу:
\[30035 : 3 \ \text{— остаток } 2,\]
\[30035 : 4 \ \text{— остаток } 3,\]
\[30035 : 5 \ \text{— остаток } 0,\]
\[30035 : 6 \ \text{— остаток } 5.\]
Такие же остатки обязаны быть у всех десяти чисел доски.
Пункт а
Найдём остаток числа 325 при делении на 4:
\[325 = 4\cdot 81 + 1.\]
Остаток 1, а должен быть 3.
Нет, не может.
Пункт б
Пусть на доске стоят числа \(a\) и \(7a\). Число \(a\) даёт остаток 3 при делении на 4, поэтому
\[7a \equiv 7\cdot 3 = 21 \equiv 1 \pmod 4.\]
Значит \(7a\) даёт остаток 1, а должен давать 3.
Нет, не может.
Пункт в. Почему малые \(n\) не подходят
Числа различны, поэтому \(n > 1\). Пусть на доске стоят \(a\) и \(na\), и у обоих те же четыре остатка. Переберём \(n\) по порядку.
\(n\), кратные 3, 4 или 6 — это 3, 4, 6, 8, 9, 12. Тогда \(na\) делится на 3, на 4 или на 6, то есть даёт по соответствующему модулю остаток 0. Но нужные остатки равны 2, 3 и 5 — ни один не нулевой.
\(n = 2\). Число \(a\) даёт остаток 5 при делении на 6, поэтому \(2a\) даёт остаток \(2\cdot 5 = 10\), то есть 4. А нужно 5.
\(n = 5\). Число \(a\) даёт остаток 2 при делении на 3, поэтому \(5a\) даёт остаток \(5\cdot 2 = 10\), то есть 1. А нужно 2.
\(n = 7\). Разобрано в пункте б: остаток по модулю 4 становится 1 вместо 3.
\(n = 10\). Остаток по модулю 4 становится \(10\cdot 3 = 30\), то есть 2 вместо 3.
\(n = 11\). Остаток по модулю 3 становится \(11\cdot 2 = 22\), то есть 1 вместо 2.
Все значения от 2 до 12 отпали.
Пункт в. Пример для \(n = 13\)
Нужны числа с остатками 2 по модулю 3, 3 по модулю 4, 0 по модулю 5 и 5 по модулю 6. Такие числа образуют арифметическую прогрессию с шагом 60 — это наименьшее общее кратное чисел 3, 4, 5 и 6. Наименьшее подходящее число равно 155, поэтому берём
\[155, \ 515, \ 875, \ 1235, \ 1595,\]\[\ 1955, \ 2015, \ 2315,\]\[\ 2675, \ 30035.\]
Все они имеют вид \(155 + 60k\), все различны, и среди них есть требуемое условием 30035. Отношение двух из них равно 13:
\[2015 = 155\cdot 13.\]
Проверим условие про средние. Все числа дают остаток 2 при делении на 3, поэтому сумма любых трёх даёт остаток \(3\cdot 2 = 6\), то есть делится на 3. Сумма любых четырёх даёт остаток \(4\cdot 3 = 12\) при делении на 4 — делится. Сумма любых пяти делится на 5, потому что каждое число само делится на 5. Сумма любых шести даёт остаток \(6\cdot 5 = 30\) при делении на 6 — делится. Все четыре условия выполнены.
Ответ: а) нет, не может; б) нет, не может; в) 13.