Number Theory: Structures, Examples, and Problems



Download 1,87 Mb.
Pdf ko'rish
bet73/125
Sana08.02.2022
Hajmi1,87 Mb.
#434761
1   ...   69   70   71   72   73   74   75   76   ...   125
Bog'liq
Titu Andreescu, Dorin Andrica Number Theory Str

9.3. Sequences of Integers
189
so the claim holds for
n
=
k
as well, and the induction is complete.
For
n

1,
a
n
+
1
a
n
a
n
+
2
a
n
+
1
=
0 1
1 2
a
n
a
n

1
a
n
+
1
a
n
and
a
n
+
1
a
n
a
n
+
2
a
n
+
1
=
0 1
1 2
a
n
a
n

1
a
n
+
1
a
n
= −
a
n
a
n

1
a
n
+
1
a
n
.
Thus, for
n

0,
c
2
n
+
1

c
n
c
n
+
2
=
(

1
)
n
(
c
2
1

c
0
c
2
)
=
(

1
)
n
(
1
2

2
·
4
)
=
(

1
)
n
(

7
).
In particular, for all
n

0,
c
2
2
n
+
1

c
2
n
a
n
=
c
2
2
n
+
1

c
2
n
c
2
n
+
2
=
(

1
)
2
n
(

7
)
= −
7
and
a
n
=
c
2
2
n
+
1
+
7
c
2
n
.
We may therefore take
y
n
=
c
2
n
+
1
and
x
n
=
c
2
n
+
y
n
.
Problem 9.3.11.
The sequence a
1
,
a
2
, . . .
is defined by the initial conditions a
1
=
20
, a
2
=
30
and the recursion a
n
+
2
=
3
a
n
+
1

a
n
for n

1
. Find all positive
integers n for which
1
+
5
a
n
a
n
+
1
is a perfect square.
(2002 Balkan Mathematical Olympiad)
Solution.
The only solution is
n
=
3. We can check that 20
·
30
·
5
+
1
=
3001 and
30
·
70
·
5
+
1
=
10501 are not perfect squares, while 70
·
180
·
5
+
1
=
63001
=
251
2
is a perfect square. Then we have only to prove that 1
+
5
a
n
a
n
+
1
is not a perfect
square for
n

4. First, we will prove a lemma.
Lemma.
For any integer n

2
,
a
2
n
+
500
=
a
n

1
a
n
+
1
.
Proof.
We will prove this by induction on
n
. In the base case, 30
2
+
500
=
1400
=
20
·
70. Now assume that
a
2
n
+
500
=
a
n

1
a
n
+
1
. Then
a
n
a
n
+
2
=
(
3
a
n
+
1

a
n
)(
a
n
)
=
3
a
n
+
1
a
n

a
2
n
=
3
a
n
+
1
a
n

(
a
n

1
a
n
+
1

500
)
=
500
+
a
n
+
1
(
3
a
n

a
n

1
)
=
500
+
a
2
n
+
1
,
proving the inductive step. Therefore the desired statement is true from in-
duction.


190
I Fundamentals, 9. Some Special Problems in Number Theory
Now, for
n

4,
(
a
n
+
a
n
+
1
)
2
=
a
2
n
+
a
2
n
+
1
+
2
a
n
a
n
+
1
. But
a
2
n
+
1
=
9
a
2
n
+
a
2
n

1

6
a
n

1
a
n
,
so
(
a
n
+
a
n
+
1
)
2
=
2
a
n
a
n
+
1
+
3
a
n
(
3
a
n

a
n

1
)
+
a
2
n

1
+
a
2
n

3
a
n
a
n

1
=
5
a
n
a
n
+
1
+
a
2
n

1

a
n
a
n

2
=
5
a
n
a
n
+
1
+
a
2
n

1

(
a
2
n

1
+
500
)
=
5
a
n
a
n
+
1

500
,
by the lemma and the definition of
a
.
Therefore
(
a
n
+
a
n
+
1
)
2
=
5
a
n
a
n
+
1

500
<
5
a
n
a
n
+
1
+
1. Since
a
n
is increas-
ing and
n

4,
a
n
+
a
n
+
1

180
+
470
=
650
,
so
(
a
n
+
a
n
+
1
+
1
)
2
=
(
a
n
+
a
n
+
1
)
2
+
2
(
a
n
+
a
n
+
1
)
+
1
> (
a
n
+
a
n
+
1
)
2
+
501
=
5
a
n
a
n
+
1
+
1
.
Because two adjacent integers have squares above and below 5
a
n
a
n
+
1
+
1,
that value is not a perfect square for
n

4.
Additional Problems
Problem 9.3.12.
Let
a
,
b
be integers greater than 1. The sequence
x
1
,
x
2
, . . .
is
defined by the initial conditions
x
0
=
0,
x
1
=
1 and the recursion
x
2
n
=
ax
2
n

1

x
2
n

2
,
x
2
n
+
1
=
bx
2
n

x
2
n

1
for
n

1. Prove that for any natural numbers
m
and
n
, the product
x
n
+
m
x
n
+
m

1
· · ·
x
n
+
1
is divisible by
x
m
x
m

1
.
(2001 St. Petersburg City Mathematical Olympiad)
Problem 9.3.13.
Let
m
be a positive integer. Define the sequence
{
a
n
}
n

0
by
a
0
=
0,
a
1
=
m
, and
a
n
+
1
=
m
2
a
n

a
n

1
for
n

1. Prove that an ordered pair
(
a
,
b
)
of nonnegative integers, with
a

b
, is a solution of the equation
a
2
+
b
2
ab
+
1
=
m
2
if and only if
(
a
,
b
)
=
(
a
n
,
a
n
+
1
)
for some
n

0.
(1998 Canadian Mathematical Olympiad)


9.3. Sequences of Integers
191
Problem 9.3.14.
Let
b
,
c
be positive integers, and define the sequence
a
1
,
a
2
, . . .
by
a
1
=
b
,
a
2
=
c
, and
a
n
+
2
= |
3
a
n
+
1

2
a
n
|
for
n

1. Find all such
(
b
,
c
)
for which the sequence
a
1
,
a
2
, . . .
has only a finite
number of composite terms.
(2002 Bulgarian Mathematical Olympiad)
9.3.3
Nonstandard Sequences of Integers
Problem 9.3.15.
Let k be a positive integer. The sequence a
n
is defined by a
1
=
1
,
and for n

2
, a
n
is the nth positive integer greater than a
n

1
which is congruent
to n modulo k. Find a
n
is closed form.
(1997 Austrian Mathematical Olympiad)
Solution.
We have
a
n
=
n
(
2
+
(
n

1
)
k
)
2
. If
k
=
2, then
a
n
=
n
2
. First, observe
that
a
1

1
(
mod
k
)
. Thus, for all
n
,
a
n

n
(
mod
k
)
, and the first positive
integer greater than
a
n

1
which is congruent to
n
modulo
k
must be
a
n

1
+
1. The
n
th positive integer greater than
a
n

1
that is congruent to
n
modulo
k
is simply
(
n

1
)
k
more than the first positive integer greater than
a
n

1
which satisfies that
condition. Therefore,
a
n
=
a
n

1
+
1
+
(
n

1
)
k
. Solving this recursion gives
a
n
=
n
+
(
n

1
)
n
2
k
.
Problem 9.3.16.
Let a
1
=
19
, a
2
=
98
. For n

1
, define a
n
+
2
to be the remainder
of a
n
+
a
n
+
1
when it is divided by
100
. What is the remainder when
a
2
1
+
a
2
2
+ · · · +
a
2
1998
is divided by 8?
(1998 United Kingdom Mathematical Olympiad)
Solution.
The answer is 0. Consider
a
n
(
mod 4
)
which is not changed by taking
the remainder divided by 100, there’s the cycle 3, 2, 1, 3, 0, 3 which repeats 333
times. Then
a
2
1
+
a
2
2
+ · · · +
a
2
1998

333
(
1
+
4
+
1
+
1
+
0
+
1
)

0
(
mod 8
),
as claimed.
Problem 9.3.17.
A sequence of integers
{
a
n
}
n

1
satisfies the following recursion
relation:
a
n
+
1
=
a
3
n
+
1999
for
n
=
1
,
2
, . . . .
Prove that there exists at most one n for which a
n
is a perfect square.
(1999 Austrian–Polish Mathematics Competition)


192

Download 1,87 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   69   70   71   72   73   74   75   76   ...   125




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish