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第3問

正整数 mm と正整数からなる集合 SS が存在して、任意の整数 n>mn>m が SS の相異なる要素の和としてちょうど kk 通りに書けるような、正整数 kk をすべて求めよ。
ステップ 2/5: k=2^a の構成
A={1,2,4,8,…},S=A∪B′, ∣B′∣=a, B′⊆N∖AA=\{1,2,4,8,\ldots\},\quad S=A\cup B',\ |B'|=a,\ B'\subseteq\mathbb{N}\setminus A
詳しい解説

AA を2のべき全体とし、B′B' を AA に属さない正整数からなる aa 元集合とする。S=A∪B′S=A\cup B' とおく。すべての非負整数は相異なる2のべきの和として一意に表せるので、B′B' の総和および任意の部分集合 B′′⊆B′B''\subseteq B' より十分大きい tt に対し、t−s(B′′)t-s(B'') は AA を用いて一意に表せる。B′′B'' を B′B' の 2a2^a 個の部分集合すべてにわたらせると、tt は SS の相異なる要素の和としてちょうど 2a2^a 通りに表せることが分かる。