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Los interruptores y el millón de bombillas

Este acertijo de lógica matemática, conocido como Los interruptores y el millón de bombillas, combina intuición y método en una proporción muy difícil de equilibrar. A primera vista parece directo, pero suele exigir más estructura de la que parece para no perderse por el camino.

Por eso se usa tanto para entrenar razonamiento formal en el archivo de acertijos. Tómate unos minutos y prueba primero una solución propia.

En un pasillo hay un millón de bombillas, numeradas del 1 al 1.000.000. Al principio, todas están apagadas.

Una persona recorre el pasillo muchas veces. En la primera pasada cambia el estado de todas las bombillas.

En la segunda, cambia el estado de las bombillas pares. En la tercera, cambia el estado de las bombillas numeradas con múltiplos de 3.

Y así sucesivamente: en la pasada número $k$, cambia el estado de todas las bombillas cuyo número es múltiplo de $k$.

Después de completar la pasada número 1.000.000, ¿cuántas bombillas quedan encendidas?

Pistas

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  1. Mira una bombilla concreta: cambia una vez por cada divisor de su número.
  2. Casi todos los divisores vienen en parejas.
  3. Solo los cuadrados perfectos tienen un divisor sin pareja.

Solución

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Respuesta: Quedan encendidas exactamente 1000 bombillas: las que ocupan posiciones cuadradas perfectas.

Explicación:

La bombilla $n$ cambia de estado una vez por cada divisor positivo de $n$, porque la acciona toda persona cuyo número divide a $n$.

Normalmente los divisores vienen en parejas: si $d$ divide a $n$, también divide $n/d$. Eso produce un número par de cambios y la bombilla termina apagada.

La única excepción son los cuadrados perfectos. Por ejemplo, en 36 aparece el divisor 6 emparejado consigo mismo, y por eso el número total de divisores es impar. Las bombillas con un número impar de cambios quedan encendidas.

Entre 1 y 1.000.000 hay exactamente 1000 cuadrados perfectos:

$$ 1^2,2^2,\dots,1000^2. $$

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