귀납법

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문제

똑똑한 한별이는 수학적 귀납법을 배우자마자 산술⋅기하 평균 부등식을 스스로 증명해냈다. 잠시 한별이의 우아한 증명을 감상해 보자.

명제(산술⋅기하 평균 부등식): 모든 정수 n>0n > 0과 양의 실수 x_1,,x_nx\_1, \cdots, x\_n에 대해, 부등식 1n_i=1nx_i\[n]_i=1nx_i\frac{1}{n}\sum\_{i=1}^n x\_i \ge \sqrt\[n]{\prod\_{i=1}^{n}x\_i}가 성립한다.

증명: n=1n=1일 때에는 분명하다. 또 모든 양의 실수 x_1,x_2x\_1, x\_2에 대해 \frac{1}{2}(x\_1 + x\_2) - \sqrt{x\_1x\_2}$$= \frac{1}{2}(\sqrt{x\_1} - \sqrt{x\_2})^2 \ge 0이므로 n=2n = 2일 때도 성립한다.

단계 1: n=kn = k일 때 성립하면 n=2kn = 2k 일 때도 성립한다.

이건 n=kn=k일 때와 n=2n=2일 때의 명제를 한번씩 사용하면 쉽다. 즉, \[\frac{1}{2k}\sum_{i=1}^{2k} x_i = \frac{1}{2}\left(\frac{1}{k}\sum_{i=1}^k x_i + \frac{1}{k}\sum_{i=k+1}^{2k} x_i\right) \ge \frac{1}{2}\left(\sqrt[k]{\prod_{i=1}^{k}x_i} + \sqrt[k]{\prod_{i=k+1}^{2k}x_i}\right)\ge \sqrt{\sqrt[k]{\prod_{i=1}^{k}x_i} \sqrt[k]{\prod_{i=k+1}^{2k}x_i}} = \sqrt[2k]{\prod_{i=1}^{2k}x_i}\]

단계 2: n=k>1n=k > 1일 때 성립하면 n=k1n=k-1일 때도 성립한다.

양의 실수 x_1,,x_k1x\_1, \cdots, x\_{k-1}에 대해, x_k=1k1_i=1k1x_ix\_k = \frac{1}{k-1}\sum\_{i=1}^{k-1} x\_i로 두자. 그러면 1k_i=1kx_i=1k1_i=1k1x_i\frac{1}{k}\sum\_{i=1}^k x\_i = \frac{1}{k-1}\sum\_{i=1}^{k-1} x\_i을 확인할 수 있고,

\[\frac{1}{k-1}\sum_{i=1}^{k-1} x_i=\frac{1}{k}\sum_{i=1}^k x_i \ge \sqrt[k]{\prod_{i=1}^{k}x_i} = \sqrt[k]{\left(\prod_{i=1}^{k-1}x_i \right)\frac{1}{k-1}\sum_{i=1}^{k-1} x_i}\]

이고, 양변을 kk제곱하고 1k1_i=1k1x_i\frac{1}{k-1}\sum\_{i=1}^{k-1}x\_i로 나눠주면 (1k1_i=1k1x_i)k1_i=1k1x_i(\frac{1}{k-1}\sum\_{i=1}^{k-1} x\_i)^{k-1} \ge \prod\_{i=1}^{k-1}x\_i 을 얻는다. 따라서 n=k1n=k-1일 때도 명제가 성립한다.

단계 1, 2를 종합하면 모든 자연수 nn에 대해 산술⋅기하 평균 부등식이 성립한다! 증명 끝!

옆에서 한별이의 증명을 읽은 여러분은 정말로 단계 1, 2를 가지고 증명을 완성한 것인지 의구심이 남아 있다. 양의 정수 kk가 주어질 때, 정수 11에서 시작하여 현재 값을 22배 하거나 11을 뺀 값으로 바꾸는 행동을 몇 번 해야 kk를 만들 수 있는지 계산해서 의구심을 해소해 보자. 물론 도중에 거친 값들은 모두 양의 정수여야 한다.

입력

첫 줄에는 테스트케이스의 개수 TT가 주어진다. (1T201 \le T \le 20)

각 테스트케이스마다 한 줄에 양의 정수 kk가 주어진다.

kk의 총합은 4×1064 \times 10^6을 넘지 않는다.

출력

각 테스트케이스마다 한 줄에, 11에서 시작해서 22배를 하거나 11을 빼는 행동을 최소 몇 번 반복해야 kk를 만들 수 있는지 출력한다.

만약 kk를 만들지 못한다면, 대신 Wrong proof!를 출력한다.

힌트

화살표를 클릭하면 한별이의 증명을 더 자세히 읽을 수 있다.