Question Number 222635 by Mingma last updated on 02/Jul/25

Answered by Raphael254 last updated on 28/Jul/25

$${n}\:+\:{S}\left({n}\right)\:+\:{S}\left({S}\left({n}\right)\right)\:=\:\mathrm{2007} \\ $$$$ \\ $$$${n}\:=\:\mathrm{1983} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1983}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{3}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{3}\right)\:= \\ $$$$=\:\mathrm{1983}\:+\:\mathrm{21}\:+\:{S}\left(\mathrm{21}\right)\:= \\ $$$$=\:\mathrm{2004}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{2007}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${What}\:{is}\:{necessary}? \\ $$$$ \\ $$$${The}\:{number}\:{has}\:{to}\:{be}\:{higher}\:{than}\:\mathrm{1973}\:\left({n}\:>\:\mathrm{1973}\right);\:{because}\:\mathrm{1969}\:{will}\:{not}\:{be}\:{enough}\:{to}\:{reach}\:\mathrm{2007}\:\left(\mathrm{1969}:\:\mathrm{1969}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{6}+\mathrm{9}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{6}+\mathrm{9}\right)\:=\:\mathrm{1969}\:+\:\mathrm{25}\:+\:{S}\left(\mathrm{25}\right)\:=\:\mathrm{1994}\:+\:\mathrm{7}\:=\:\mathrm{2001}\right);\:{and}\:{neither}\:\mathrm{1973}\:\left(\mathrm{1973}:\:\mathrm{1973}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{3}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{3}\right)\:=\:\mathrm{1973}\:+\:\mathrm{20}\:+\:{S}\left(\mathrm{20}\right)\:=\:\mathrm{1993}\:+\:\mathrm{2}\:=\:\mathrm{1995}\right) \\ $$$${and}\:{lesser}\:{than}\:\mathrm{2002}\:\left({n}\:<\:\mathrm{2002}\right);\:{because}\:\mathrm{2002}\:{will}\:{exceed}\:\mathrm{2007}\:\left(\mathrm{2002}\:+\:\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{2}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{2}\right)\:=\:\mathrm{2002}\:+\:\mathrm{4}\:+\:{S}\left(\mathrm{4}\right)\:=\:\mathrm{2006}\:+\:\mathrm{4}\:=\:\mathrm{2010}\right. \\ $$$$\mathrm{1973}\:<\:{n}\:<\:\mathrm{2002} \\ $$$$ \\ $$$${Now}\:{this}\:{is}\:{easier}\:{to}\:{solve}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1974}:\:\mathrm{1974}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{4}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{4}\right)\:=\:\mathrm{1974}\:+\:\mathrm{21}\:+\:{S}\left(\mathrm{21}\right)\:=\:\mathrm{1995}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{1998}\:\left({needs}\:\mathrm{9}\right) \\ $$$$\mathrm{1976}:\:\mathrm{1976}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{6}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{6}\right)\:=\:\mathrm{1976}\:+\:\mathrm{23}\:+\:{S}\left(\mathrm{23}\right)\:=\:\mathrm{1999}\:+\:\mathrm{5}\:=\:\mathrm{2004}\:\left({needs}\:\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{1977}:\:\mathrm{1977}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{7}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{7}+\mathrm{7}\right)\:=\:\mathrm{1977}\:+\:\mathrm{24}\:+\:{S}\left(\mathrm{24}\right)\:=\:\mathrm{2001}\:+\:\mathrm{6}\:=\:\mathrm{2007}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${See}\:{that}\:{when}\:{we}\:{went}\:{from}\:\mathrm{1974}\:{to}\:\mathrm{1976}\:{the}\:{sum}\:{went}\:{from}\:\mathrm{1998}\:{to}\:\mathrm{2004}\:\left({plus}\:\mathrm{6}\right); \\ $$$${and}\:{from}\:\mathrm{1976}\:{to}\:\mathrm{1977}\:\left({plus}\:\mathrm{3}\right) \\ $$$$ \\ $$$${We}\:{only}\:{need}\:{to}\:{think}\:{about}\:{that}\:{if}\:{the}\:{S}\left({S}\left({n}\right)\right)\:{is}\:{not}\:{changing}\:{the}\:{ten}\:{place}'{s}\:{number},\:{so}\:{we}\:{can}\:{just}\:{sum}\:\mathrm{3}{x},\:{where}\:{x}\in{N}\:{and}\:{means}\:{the}\:{quantity}\:{that}\:{we}\:{will}\:{add}\:{to}\:\boldsymbol{{n}}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1978}\:{and}\:\mathrm{1979}\:{is}\:{not}\:{necessary}\:{to}\:{calculate}\:{because}\:{it}\:{will}\:{be}\:{higher}\:{than}\:\mathrm{2007}. \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1980}:\:\mathrm{1980}\:+\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{0}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{0}\right)\:=\:\mathrm{1980}\:+\:\mathrm{18}\:+\:{S}\left(\mathrm{18}\right)\:=\:\mathrm{1998}\:+\:\mathrm{9}\:=\:\mathrm{2007}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${See}\:{that}\:{if}\:{we}\:{sum}\:{two}\:{to}\:\boldsymbol{{n}},\:\mathrm{18}\:+\:\mathrm{2}\:\Rightarrow\:{S}\left(\mathrm{20}\right)\:=\:\mathrm{2},\:{and}\:{now}\:{the}\:{sum}\:{is}\:{lesser}\:{than}\:{before}\:{because}\:{of}\:{the}\:{change}\:{of}\:{S}\left({S}\left({n}\right)\right); \\ $$$${while}\:{had}\:{a}\:{sum}\:{of}\:\mathrm{4}\:{because}\:{of}\:\mathrm{1980}\:+\:\mathrm{2}\:{and}\:\mathrm{18}\:+\:\mathrm{2}\:{that}\:{sums}\:\mathrm{4}, \\ $$$${by}\:{another}\:{side}\:{we}\:{have}\:{S}\left(\mathrm{18}\right)\:=\:\mathrm{9}\:{that}\:{went}\:{to}\:{S}\left(\mathrm{20}\right)\:=\:\mathrm{2},\:{causing}\:{the}\:{sum}\:{to}\:{decrease}\:{in}\:\mathrm{3}\:{in}\:{total}. \\ $$$$ \\ $$$${To}\:{recuperate}\:{the}\:{sum}\:{of}\:\mathrm{2007},\:{we}\:{need}\:{to}\:{sum}\:\mathrm{3}\:{again},\:{it}\:{means}\:{the}\:{next}\:{number}\:\boldsymbol{{n}}\:{that}\:{will}\:{satisfies}\:{the}\:{equation}\:{is}\:\mathrm{1983}; \\ $$$$ \\ $$$${In}\:{fact}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1983}:\:\mathrm{1983}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{3}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{3}\right)\:=\:\mathrm{1983}\:+\:\mathrm{21}\:+\:{S}\left(\mathrm{21}\right)\:=\:\mathrm{2004}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{2007}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1984}\:{to}\:\mathrm{1989}\:{is}\:{not}\:{necessary}\:{to}\:{calculate};\:{because}\:{will}\:{not}\:{occur}\:{a}\:{switch}\:{of}\:{number}\:{in}\:{the}\:{ten}'{s}\:{place}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1989}:\:\mathrm{1989}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{9}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{8}+\mathrm{9}\right)\:=\:\mathrm{1989}\:+\:\mathrm{27}\:+\:{S}\left(\mathrm{27}\right)=\:\mathrm{2016}\:+\:\mathrm{9}\:=\:\mathrm{2025} \\ $$$$ \\ $$$${Again}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1990}:\:\mathrm{1990}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{9}+\mathrm{0}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{9}+\mathrm{0}\right)\:=\:\mathrm{1990}\:+\:\mathrm{19}\:+\:{S}\left(\mathrm{19}\right)\:=\:\mathrm{2009}\:+\:\mathrm{10}\:=\:\mathrm{2019};\:{in}\:{next},\:{will}\:{sum}\:\mathrm{2}\:{and}\:{decrease}\:\mathrm{8}\:\left(\mathrm{19}\:\Rightarrow\:\mathrm{1}+\mathrm{9}\:=\:\mathrm{10}\:\rightarrow\:\mathrm{20}\:\Rightarrow\:\mathrm{2}+\mathrm{0}\:=\:\mathrm{2}\right);\:{but}\:{will}\:{not}\:{be}\:{enough}\:\left({total}\:=\:\mathrm{2013}\right): \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{1991}\:=\:\mathrm{1991}\:+\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{9}+\mathrm{1}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{9}+\mathrm{1}\right)\:=\:\mathrm{1991}\:+\:\mathrm{20}\:+\:{S}\left(\mathrm{20}\right)\:=\:\mathrm{2011}\:+\:\mathrm{2}\:=\:\mathrm{2013} \\ $$$$ \\ $$$${The}\:{non}−{necessity}\:{of}\:{calculate}\:{will}\:{be}\:{extended}\:{until}\:\mathrm{1999}. \\ $$$$ \\ $$$${And}\:{so};\:{two}\:{more}\:{numbers}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{2000}:\:\mathrm{2000}\:+\:\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{0}\right)\:=\:\mathrm{2000}\:+\:\mathrm{2}\:+\:{S}\left(\mathrm{2}\right)\:=\:\mathrm{2002}\:+\:\mathrm{2}\:=\:\mathrm{2004};\:{now}\:{you}\:{must}\:{know}.\:{The}\:{next}\:{number}\:{will}\:{be}\:{another}\:\boldsymbol{{n}}\:{solution}\:{to}\:{the}\:{equation}: \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{2001}\:=\:\mathrm{2001}\:+\:\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{1}\right)\:+\:{S}\left(\mathrm{2}+\mathrm{0}+\mathrm{0}+\mathrm{1}\right)\:=\:\mathrm{2001}\:+\:\mathrm{3}\:+\:{S}\left(\mathrm{3}\right)\:=\:\mathrm{2004}\:+\:\mathrm{3}\:=\:\mathrm{2007}\:\checkmark \\ $$$$ \\ $$$${Conclusion}: \\ $$$$ \\ $$$${N}\:=\:{set}\:{of}\:{elements}\:\left({values}\:{of}\:\boldsymbol{{n}}\right)\:{solution}\:{to}\:{the}\:{equation} \\ $$$${N}\:=\:\left\{\mathrm{1977},\:\mathrm{1980},\:\mathrm{1983},\:\mathrm{2001}\right\} \\ $$$$ \\ $$$$\boldsymbol{{N}}\left({n}\right)\:=\:{number}\:{of}\:{elements}\:{of}\:{N} \\ $$$${N}\left({n}\right)\:=\:\mathrm{4} \\ $$$$ \\ $$$$\left.{Answer}:\:{D}\right)\:\mathrm{4} \\ $$