«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М1174

Условие задачи (1989, № 7) Задача М1174 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 26.

Последовательность целых чисел $a_1$‍,$a_2$‍,$a_3$‍,$\ldots$‍‍ задаётся условиями $a_1=1$‍,$a_2=12$‍,$a_3=20$‍,‍ $$ a_{n+3}=2a_{n+2}+2a_{n+1}-a_n\quad(n=1,\ 2,\ \ldots). $$ Докажите, что для любого номера $n$‍‍ число $1+4a_n a_{n+1}$‍‍ — квадрат целого числа.

Р. Козарев (Болгария), С. Дойчев (Болгария)


Изображения страниц

Решение задачи (1989, № 12) Задача М1174 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 26.

$ \def\a#1{\hphantom{154}\mathllap{#1}} \def\b#1{\hphantom{39409}\mathllap{#1}} \def\c#1{\hphantom{197}\mathllap{#1}} \begin{array}{c|c|c} \\[-6pt] a_n&4a_na_{n+1}+1&q_n\\ \\[-6pt] \hline \\[-6pt] \a{1}&\b{49}&\c{7}\\ \a{12}&\b{961}&\c{31}\\ \a{20}&\b{5041}&\c{71}\\ \a{63}&\b{39409}&\c{197}\\ \a{154}&\ldots&\ldots \end{array}$‍

Выписав несколько первых членов последовательности, как это сделано на полях, можно догадаться, что $1+4a_na_{n+1}=q_n^2$‍,‍ где $q_n=a_{n+2}-a_{n+1}-a_n$‍;‍ например, при $n=1$‍‍ и $n=2$‍‍ получаются такие равенства: $$1+4\cdot12=(20-12-1)^2,\quad1+4\cdot12\cdot20=(63-20-12)^2.$$

Воспользуемся методом индукции: докажем, что из предположения $1+4a_{n-1}a_n=q_{n-1}^2$‍‍ вытекает равенство $1+4a_na_{n+1}=q_n^2$‍‍ (при $n=2$‍,‍ 3, $\ldots$‍).‍ Как следует из условия задачи, $$ q_n=a_{n+2}-a_{n+1}-a_n=a_{n+1}+a_n-a_{n-1}=q_{n-1}+2a_n. $$ Поэтому $$ \begin{gather*} 1+4a_{n-1}a_n=q_{n-1}^2=(q_n-2a_n)^2=q_n^2-4a_nq_n+4a_n^2=\\ =q_n^2-4a_n(a_{n+1}+a_n-a_{n-1})+4a_n^2=\\ =q_n^2+4a_na_{n-1}-4a_na_{n+1}, \end{gather*} $$ откуда $1+4a_na_{n+1}=q_n^2$‍.

Из нашего решения ясно, что при любых начальных членах для последовательности с рекуррентным условием $a_{n+2}+a_n=2(a_{n+1}+a_n)$‍‍ величина $(a_{n+2}-a_{n+1}-a_n)^2-4a_na_{n+1}$‍‍ постоянна и не зависит от $n$‍.

Н. Б. Васильев


Метаданные Задача М1174 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 26.

Предмет
Математика
Условие
,
Решение
Номера

1989. — № 7. — Стр.  [условие]

1989. — № 12. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М1174 // Квант. — 1989. — № 7. — Стр. 30; 1989. — № 12. — Стр. 26.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m1174/