I Giochi di Archimede - Gara Triennio
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4) Quanto vale log2 (3) · log3 (4) · log4 (5) · . . . · log126 (127) · log127 (128)? (A) 1 (B) 4 (C) 6 (D) 7 (E) nessuna delle precedenti PROGETTO OLIMPIADI DI MATEMATICA U.M.I. UNIONE MATEMATICA ITALIANA MINISTERO DELLA PUBBLICA ISTRUZIONE SCUOLA NORMALE SUPERIORE 5) In un trapezio ABCD la base maggiore AB è tripla della base minore CD. Indicato con E il punto medio della diagonale BD, qual è il rapporto fra l’area del triangolo CDE e l’area del trapezio? (A) 1/3 (B) 1/6 (C) 1/8 (D) 1/12 (E) non può essere determinata dai dati forniti A I Giochi di Archimede - Gara Triennio 27 novembre 2013 1) La prova consiste di 20 problemi; ogni domanda è seguita da cinque risposte indicate con le lettere A, B, C, D, E. 2) Una sola di queste risposte è corretta, le altre 4 sono errate. Ogni risposta corretta vale 5 punti, ogni risposta sbagliata vale 0 punti e ogni problema lasciato senza risposta vale 1 punto. 3) Per ciascuno dei problemi devi trascrivere la lettera corrispondente alla risposta che ritieni corretta nella griglia riportata qui sotto. Non sono ammesse cancellature o correzioni sulla griglia. Non è consentito l’uso di alcun tipo di calcolatrice. Il tempo totale che hai a disposizione per svolgere la prova è di due ore. Buon lavoro e buon divertimento. Nome 1 2 Cognome 3 4 5 6 7 8 9 10 Classe 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 D C E 6) In una scultura d’arte moderna è rappresentato un cerchio nascosto in parte da un triangolo equilatero, come in figura: il cerchio ha il √ diametro lungo quanto l’altezza del triangolo, la quale misura 6 m. Quanto vale l’area della parte del cerchio non coperta dal triangolo ? √ (A) ( 32 π− √83 ) m2 (B) π2 m2 (C) (π− 3 4 3 ) m2 √ (D) ( 23 π− 9 8 3 ) m2 (E) 3 2π m2 7) Quanto è lungo il percorso più corto che passa per tutti i vertici di un cubo di lato 1 m? N.B. il percorso può anche√passare all’interno √ del cubo. (A) 6 m (B) 7 m (C) (6 + 2) m (D) (6 + 3) m (E) 8 m 8) Data una tabella con 2 righe e 1007 colonne, scriviamo tutti i numeri da 1 a 1007 sulla prima riga in ordine crescente, e i numeri da 1008 a 2014 sulla seconda, sempre in ordine crescente. Guardiamo ora la tabella come 1007 coppie di numeri sovrapposti in verticale: in quante di esse il numero che compare nella seconda riga è un multiplo di quello che gli sta sopra? (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 (E) 6. 1) Fino al 2013, nella colonia penale di Zoranel la popolazione era costituita per il 60% da androidi, dei quali il 5% adibiti a vigilanza; diciamo q la 9) Alberto va in cartoleria per comprare dei quaderni e li vuole tutti di colori diversi. In cartoleria ci sono 2014 quaderni di vari colori; per ciascun colore il numero di percentuale di androidi di vigilanza sul totale della popolazione in quell’ anno. quaderni è una potenza di 2, diversa da colore a colore. Quanti quaderni può Nel 2014 la popolazione aumentò del 10% per l’arrivo di N umani esiliati. comprare al massimo Alberto? Di quanto diminuı̀ la percentuale di androidi di vigilanza sulla popolazione totale? (A) 7 (B) 8 (C) 9 (D) 10 (E) 11. (A) non cambiò (B) di meno di un decimo di q (C) di più di un decimo di q (D) dipende da N (E) dipende da quanto era numerosa la popolazione iniziale. 10) I lati di un triangolo misurano rispettivamente 2 cm, 3 cm e 4 cm. Calcolare l’area del cerchio inscritto nel triangolo. 2) Leo lancia 7 volte una moneta (non truccata) ottenendo due volte testa e cinque 5 2 2 2 (A) 12 cm2 (B) 5π (C) 5π (D) 2π (E) π cm2 volte croce. Se la lancia ancora una volta, con quale probabilità otterrà testa? 36 cm 12 cm 3 cm 35 1 1 1 1 (A) 8 (B) 7 (C) 1 − 27 (D) 27 (E) 2 11) Sapendo che k è un numero intero positivo fissato, per quante coppie (x, y) di 3) Sapendo che f è una funzione dispari, cioè tale che f (x) = −f (−x) per ogni x, numeri reali maggiori o uguali a 0 vale l’uguaglianza x2k + y 2k = (xy)k ? quale delle seguenti è sicuramente una funzione dispari? (A) 0 (B) 1 (C) 3 (D) infinite (E) dipende da k (A) f (x)−1 (B) (f (x))2 (C) (f (x))2+f (x) (D) (f (x))3+1 (E) (f (x))3+f (x) B 12) Dato un triangolo ABC, si tracci la bisettrice dal vertice A, che incontra il lato BC nel punto D. Se CD + CA = 12 m, e CD = 1 3 BC, quanto misura il perimetro del triangolo? (A) meno di 32 m (B) 32 m (C) 36 m (D) più di 36 m (E) non si può determinare dai dati forniti B A D C 13) Se n è un numero naturale con 6 divisori interi positivi, quanti divisori interi positivi ha n2 ? N.B.: tra i divisori di un numero contiamo anche 1 ed il numero stesso. (A) 11 (B) 12 (C) 15 (D) 36 (E) la risposta dipende da n 14) Il polinomio p(x) ha grado maggiore o uguale a 2 ed i suoi coefficienti sono tutti numeri interi. Quale dei seguenti numeri divide certamente p(169) − p(1)? (A) 25 (B) 32 (C) 36 (D) 49 (E) 56 15) Sapendo che a, b, c, d, e, f sono interi positivi, quante sono al massimo le coppie (x, y), con x e y compresi tra 0 e 1, che soddisfano il seguente sistema? � ax2 + bxy = c dx2 + exy = f (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) infinite (E) nessuna delle precedenti 16) Consideriamo il numero N = 2000! = 1 · 2 · 3 · . . . · 1999 · 2000. Indichiamo con X il numero di zeri con cui termina N quando è scritto in base 10, e con Y il numero di zeri con cui termina N quando è scritto in base 5. Allora X − Y vale: (A) −2 (B) 0 (C) 3 (D) 2013 (E) 2014 17) Come si ordinano in ordine crescente di grandezza i tre numeri 333 , 430 , 525 ? (A) 333 < 430 < 525 (B) 333 < 525 < 430 (C) 430 < 333 < 525 (D) 430 < 525 < 333 (E) 525 < 430 < 333 18) Al porto sono arrivate 5 casse contenenti ciascuna 72 banane e in una di esse vi è un certo numero di banane radioattive. Si sa che scegliendo a caso due delle cinque casse e scegliendo a caso da ciascuna di esse una banana, la probabilità che una delle due banane scelte sia radioattiva è del 5 %. Quante sono le banane radioattive? (A) 6 (B) 9 (C) 10 (D) 12 (E) nessuna delle precedenti 19) Siano p(x) e q(x) due trinomi, dove per trinomio si intende la somma di tre monomi non nulli di gradi diversi tra loro (ad esempio −x5 + 3x2 + 2x è un trinomio). Facciamo il prodotto p(x)q(x): da quanti monomi non nulli è composto, come minimo, tale prodotto? (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 20) Vogliamo coprire una griglia di 5x5 quadratini con delle tessere a forma di z come in figura, che possono essere ruotate, ribaltate e sovrapposte, eventualmente anche fuoriuscendo dalla griglia (purché ogni parte di tessera che cade all’interno della griglia si sovrapponga precisamente a 1, 2, 3 o 4 quadratini). Quante tessere ci vogliono, come minimo? (A) 6 (B) 7 (C) 8 (D) 9 (E) 10 PROGETTO OLIMPIADI DI MATEMATICA U.M.I. UNIONE MATEMATICA ITALIANA MINISTERO DELLA PUBBLICA ISTRUZIONE I Giochi di Archimede - Soluzioni Triennio 27 novembre 2013 Griglia delle risposte corrette Problema Risposta corretta 1 B 2 E 3 E 4 D 5 C 6 C 7 B 8 C 9 C 10 C Problema Risposta corretta 11 B 12 C 13 E 14 E 15 D 16 B 17 B 18 B 19 B 20 D Risoluzione dei problemi 1. La risposta è (B). Sia P la popolazione di Zoranel fino al 2013. La percentuale degli androidi di vigilanza sulla 5 60 3 = 100 ed il numero di tali androidi popolazione totale risultava in quell’anno uguale a q = 100 100 10 di vigilanza uguale a qP . Dopo l’arrivo degli esiliati, la popolazione salı̀ a P � = P + 100 P = 11 P, 10 qP 10 � mentre la percentuale degli androidi di vigilanza sul totale scese al valore q = P � = q 11 . Dunque 1 1 la percentuale scese di q − q � = 11 q, che è inferiore a 10 q. [Problema proposto da A. Sambusetti] 2. La risposta è (E). Ad ogni lancio della moneta la probabilità di ottenere testa è la stessa, indipendentemente dagli esiti dei lanci precedenti. Dato che la moneta non è truccata questa probabilità è 1/2. [Problema proposto da P. Leonetti] 3. La risposta è (E). Consideriamo la funzione g definita da g(x) = (f (x))3 + f (x); per ogni x si ha g(−x) = (f (−x))3 + f (−x) = (−f (x))3 − f (x) = −[(f (x))3 + f (x)] = −g(x), quindi g è dispari, ovvero la risposta (E) è corretta. Proviamo anche che le altre risposte non sono corrette. Scegliendo f definita da f (x) = x, che è una funzione dispari, si vede che le funzioni f (x) − 1 = x − 1 e (f (x))3 + 1 = x3 + 1 non sono dispari (per esempio, non si annullano per x = 0, mentre tutte le funzioni dispari sono nulle per x = 0), quindi le risposte (A) e (D) 1 non sono corrette. Analogamente la funzione definita da (f (x))2 = x2 non è dispari, quindi la risposta (B) non è corretta; infine la funzione definita da (f (x))2 + f (x) = x2 + x non è dispari (infatti, ad esempio, (−1)2 + (−1) = 0 �= −(12 + 1) = 2), quindi la risposta (C) non è corretta. [Problema proposto da P. Leonetti] 4. La risposta è (D). Ricordiamo la formula del cambio di base per i logaritmi; se a, b e c sono tre numeri positivi, e diversi da 1, si ha logc (b) loga (b) = . logc (a) Di seguito scriviamo semplicemente log per indicare il logaritmo in base 10. Applicando la formula precedente con c = 10, otteniamo log(3) log(4) log(127) log(128) · · ... · · log(2) log(3) log(126) log(127) log(128) log(27 ) = = = 7. log(2) log(2) log2 (3) · log3 (4) · . . . · log126 (127) · log127 (128) = [Problema proposto da P. Leonetti.] 5. La risposta è (C). Sia H l’altezza del trapezio ed h l’altezza del triangolo EDC sulla base DC. Considerando la retta parallela alle basi del trapezio e passante per E, segue dal teorema di Talete che h = 12 H. L’area del triangolo è allora A(DCE) = 12 (h · DC) = 14 (H · DC) mentre l’area del trapezio è A(DCE) DC DC uguale a A(ABCD) = 12 (AB + DC)H. Dunque A(ABCD) = 2(AB+DC) = 2(3DC+DC) = 18 . [Problema proposto da P. Negrini] 6. La risposta è (C). Indichiamo con ABC il triangolo, con A il vertice comune alla circonferenza, e con B � ,C � rispettivamente i due punti di intersezione dei lati AB, AC con essa. Notiamo che, per simmetria, il lato B � C � è parallelo a BC, dunque AB � C � è simile a ABC ed√ è equilatero. Il centro del cerchio coincide dunque col baricentro del triangolo AB � C � ; se r = 26 è il raggio del cerchio, l’altezza √ h del triangolo AB � C � vale allora h = 32 r ed il lato AB � = √23 h = 3r. L’area del triangolo √ più piccolo vale quindi A(AB � C � ) = 12 h · AB � = 3 4 3 r2 , mentre√ l’area della √ parte di cerchio non 3 3 2 3 3 2 2 2 � � coperta dal triangolo vale A = 3 [πr − A(AB C )] = 3 [π − 4 ]r = π − 4 . [Problema proposto da C. Balocchi] 7. La risposta è (B). Indichiamo i vertici del cubo con le lettere da A a H, in modo che ABCD (in quest’ordine) sia una faccia; chiamiamo E, F, G, H i vertici della faccia opposta, in modo che il vertice A sia collegato con uno spigolo ad E, il vertice B sia collegato ad F , il vertice C a G, e infine D ad H. Il percorso ABCDHGF E è un percorso lungo 7 che tocca tutti i vertici del cubo. Per dimostrare che non ne esiste uno più corto, osserviamo che ogni percorso che tocca tutti e gli 8 vertici del cubo è costituito da (almeno) 7 percorsi che partono da un vertice del cubo e ne raggiungono un altro. Ma visto che due vertici qualunque del cubo distano tra loro almeno 1, la lunghezza totale deve essere almeno 7. [Problema proposto da F. Poloni] 8. La risposta è (C). Le coppie sono del tipo (k, k + 1007). Sappiamo che k divide k + 1007 se e solo se k divide 1007. 2 Poiché 1007 = 19 · 53, e dato che i numeri 19 e 53 sono primi, gli unici k possibili risultano k = 1, 19, 53, 1007. [Problema proposto da G. Barbarino] 9. La risposta è (C). In base ai dati del problema dobbiamo scrivere 2014 come somma di potenze di 2 distinte tra loro. Poiché 211 = 2048 > 2014, dobbiamo usare potenze con esponente minore o uguale a 10; poiché inoltre 2014 è pari, e tutte le potenze di due tranne 20 = 1 sono pari, possiamo escludere 1. Dunque dobbiamo scrivere 2014 come somma di alcuni tra i numeri: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, prendendo ciascuno di loro al più una volta. In effetti questo è possibile in uno e un solo modo, che è il seguente 2014 = 1024 + 512 + 256 + 128 + 64 + 16 + 8 + 4 + 2. Gli addendi necessari per ottenere 2014 in questo modo sono 9, che è anche la risposta al problema. [Problema proposto da G. Barbarino] 10. La risposta è (C). Siano r ed O rispettivamente il raggio ed il centro del cerchio inscritto, e siano a, b e c le lunghezze dei lati opposti ai vertici A, B, C. Se p è il semiperimetro del triangolo, l’area del triangolo vale allora A(ABC) = A(AOC) + A(AOB) + A(BOC) = ra rb rc + + = rp 2 2 2 A O r B Dunque, per la formula di Erone, � p(p − a)(p − b)(p − c) √ r = A(ABC)/p = = 15/6 p e l’area del cerchio inscritto vale allora πr2 = 5π/12. [Problema proposto da A. Sambusetti] 11. La risposta è (B). Ponendo t = y k l’equazione è equivalente all’equazione di secondo grado in t t2 − xk t + x2k = 0. Questa equazione ha discriminante ∆ = x2k − 4x2k , che è negativo a meno che x = 0; esiste quindi una soluzione solo se x = 0, nel qual caso si ottiene immediatamente y = t = 0. [Problema proposto da P. Leonetti] 12. La risposta è (C). Poiché DC = 13 BC = 13 (BD + DC), si ha BD = 2DC. D’altra parte, dal teorema della bisettrice deduciamo che AB : AC = BD : DC = 2; segue che il perimetro vale AB + AC + BC = 2AC + AC + 3CD = 3(AC + CD) = 36. [Problema proposto da G. Barbarino] 3 C 13. La risposta è (E). Consideriamo il numero n = 25 = 32 che ha esattamente 6 divisori: 1, 2, 4, 8, 16, 32. Il suo quadrato n2 = 210 = 1024 ha esattamente 11 divisori, ovvero tutti i numeri della forma 2k , con k = 0, 1, 2, . . . , 10. Questo esempio porta ad escludere le risposte (B), (C) e (D). D’altra parte se consideriamo n = 12 vediamo che anch’esso ha esattamente 6 divisori: 1, 2, 3, 4, 6, 12; il suo quadrato n2 = 144 = 24 · 32 ha come divisori tutti i numeri della forma 2k · 3h con k = 0, 1, 2, 3, 4 e h = 0, 1, 2, che sono in tutto 15. Quindi la risposta (A) non è corretta e vediamo che il numero di divisori di n2 in generale dipende da n. [Problema proposto da A. Bianchi] 14. La risposta è (E). Scriviamo il polinomio p(x) in forma estesa, indicando con N il suo grado: p(x) = aN xN + aN −1 xN −1 + . . . + a1 x + a0 . a0 , a1 , . . . , aN −1 , aN sono i coefficienti di p(x) e sono tutti numeri interi. Segue che p(169) − p(1) = aN (169N − 1) + aN −1 (169N −1 − 1) + . . . + a1 (169 − 1). Osserviamo ora che ciascun termine ak (169k − 1), comunque si scelga l’esponente k (intero e maggiore o uguale a 1), è divisibile per (169 − 1) = 168; vale infatti l’identità y k − 1 = (y − 1)(y k−1 + y k−2 + . . . + y + 1) per ogni numero reale y. Quindi p(169) − p(1) è somma di numeri divisibili per 168, e dunque è anch’esso divisibile per 168. In particolare, poiché 56 divide 168, p(169) − p(1) è divisibile per 56, quindi la risposta (E) è corretta. Osserviamo anche che, scegliendo p(x) = x2 si ha p(169) − p(1) = 1692 − 1 = 168 · 170 che non è divisibile né per 25, né per 32, né per 36, né per 49. Quindi le risposte (A), (B), (C) e (D) non sono corrette. [Problema proposto da G. Barbarino] 15. La risposta è (D). Scegliendo opportunamente i coefficienti del sistema si vede che le soluzioni cercate possono essere infinite. Siano infatti a = b = c = d = e = f = 1. In questo caso le due equazioni coincidono con l’equazione x2 + xy = 1. Scelto comunque x strettamente compreso tra 0 e 1, se poniamo 1 − x2 y= x la coppia (x, y) è soluzione del sistema. Occorre verificare se y è compresa tra 0 e 1. Poiché 0 < x < 1, si ha certamente y > 0; inoltre, sapendo che x > 0, si hanno le seguenti equivelanze: √ 1 − x2 −1 + 5 y<1 ⇔ >1 ⇔ x> , x 2 √ √ −1 + 5 −1+ 5 Dal momento che < 1, per ogni x strettamente compreso tra e 1 la coppia 2 2 � � 2 x, 1−x è soluzione del sistema. Quindi le soluzioni possono essere infinite. x [Problema proposto da P. Leonetti] 4 16. La risposta è (B). Se N è un numero naturale, il numero di zeri con cui esso termina (scritto in base 10) coincide con la massima potenza di dieci che divide N . Questo fatto continua ad essere vero in una qualsiasi base b: il numero di zeri con cui termina N scritto in base b coincide con la massima potenza di b che divide N . Sia ora N = n!, con n numero naturale; cerchiamo la massima potenza di 5 che divide N (il ragionamento che segue funziona anche sostituendo 5 con un qualsiasi numero primo). L’idea è che nel moltiplicare tutti i numeri k da 1 a n, via via che k aumenta incontreremo vari multipli di 5; per ogni k che è un multiplo di 5, la potenza di 5 che divide N aumenta almeno di 1. Più precisamente: se k è multiplo di 5 ma non di 52 , la potenza aumenta esattamente di 1; se k è multiplo di 52 ma non di 53 , la potenza aumenta di 2, se k è un multiplo di 53 ma non di 54 tale potenza aumenta di 3, e cosı̀ via. Se ad esempio vogliamo calcolare la massima potenza di 5 che divide 26!, osserviamo che nel multiplicare i numeri da 1 a 26 incontriamo i seguenti multipli di 5: 5, 10, 15, 20 (che non sono multipli di 52 ) e 25, che è un multiplo di 52 ; dunque la massima potenza di 5 che divide 26! è: 1 + 1 + 1 + 1 + 2 = 6. Consideriamo ora N = 2000!. Nel moltiplicare tutti i numeri k da 1 a 2000 incontriamo: - 3 multipli di 625 = 54 - 16 (= 2000/125) multipli di 125 = 53 - 80 (= 2000/25) multipli di 25 = 52 - 400 (2000/5) multipli di 5. La massima potenza di 5 che divide N è dunque 499 = 400 + 80 + 16 + 3. Per determinare ora la massima potenza di 10 che divide N occorre trovare anche la massima potenza di 2 che divide N . Questa è senz’altro maggiore di 499, in quanto 2000! contiene il prodotto di 1000 numeri pari, dunque 2000! è divisibile almeno per 21000 . Dunque la massima potenza di 10 che divide N è 499. In conclusione X = Y e la riposta al problema è 0. [Problema proposto da P. Leonetti] 17. La risposta è (B). Proviamo che 430 > 525 . Infatti, estraendo la radice quinta di entrambi i numeri troviamo che la disuguaglianza cercata equivale a 46 = 212 = 4096 > 55 = 3125. Proviamo ora che 525 > 333 ; è sufficiente mostrare che 525 > 335 , che implica la precedente e equivale a 55 > 37 . Poiché 55 = 3125 e 37 = 2187 tale disuguaglianza è vera. In conclusione 333 < 525 < 430 . [Problema proposto da A. Sambusetti] 18. La risposta è (B). Calcoliamo prima la probabilità che tra le due casse�scelte a caso vi sia quella contenente banane � 5 radioattive. Le possibili scelte di 2 casse su 5 sono 2 �=�10. I possibili modi di scegliere 2 delle 4 casse che non contengono banane radioattive sono 42 = 6. La probabilità di non scegliere 6 la cassa contenente banane radioattive è dunque uguale a 10 , mentre quella di sceglierla è 6 1 − 10 = 25 . Indichiamo ora con N il numero di banane radioattive presenti nell’unica cassa che ne contiene. Scegliendo a caso una banana da questa cassa la probabilità che sia radioattiva è N . Quindi la probabilità che una delle due banane scelte sia radioattiva è: 72 p= Sapendo che p è, per ipotesi, uguale a [Problema proposto da F. Getman] 5 , 100 2 N N · = . 5 72 180 deduciamo che 5 N 180 = 5 , 100 cioè N = 9. 19. La risposta è (B). I due trinomi p e q possono essere scritti nella forma p(x) = AxR + BxS + CxT , q(x) = axr + bxs + cxt dove A, B, C, a, b, c sono numeri diversi da zero, R, S, T sono numeri interi maggiori o uguali a zero, distinti tra loro, e lo stesso si può dire per r, s, t. In particolare possiamo supporre: R > S > T e r > s > t. Il prodotto tra p e q conterrà in generale 9 termini p(x)q(x) = (AxR + BxS + CxT )(axr + bxs + cxt ) = AaxR+r + . . . + CcxT +t ma si potranno verificare delle cancellazioni. D’altra parte i due monomi di grado massimo e di grado minimo AaxR+r e CcxT +t non potranno essere cancellati da nessun altro monomio, che avrà grado strettamente minore o strettamente maggiore rispetto a loro. Quindi il prodotto tra p(x) e q(x) contiene sicuramente almeno due monomi. Con un opportuno esempio si vede anche che può succedere che ne contenga esattamente due. Proviamo con due trinomi semplici, del tipo (x2 + ax + b) · (x2 + cx + d) = x4 + (a + c)x3 + (b + d + ac)x2 + (ad + bc)x + bd Affinché nel prodotto restino solo i termini di grado 0 e di grado 4, è sufficiente che c = −a b + d = a2 ad + bc = a(d − b) = 0 ed effettivamente, scegliendo c = −a = −1 e b = d = 12 si ottiene l’identità � � � � 1 1 1 2 2 x +x+ · x −x+ = x4 + 2 2 4 [Problema proposto da F. Poloni] 20. La risposta è (D). Consideriamo i nove quadratini evidenziati in figura: poiché ogni tessera può coprirne non più di uno alla volta, servono almeno 9 tessere per coprire il quadrato. D’altra parte, è effettivamente possibile coprire tutto il quadrato con sole 9 tessere: è sufficiente coprire le prime due colonne con tre tessere messe in verticale, quindi le seconde due colonne e l’ultima colonna con 3 + 3 tessere disposte nello stesso modo. [Problema proposto da L. Pernazza] 6