MathLabs

第4問

Z\mathbb{Z} をすべての整数からなる集合とする。次の性質を満たす整数係数多項式 P(x)P(x) をすべて求めよ:Z\mathbb{Z} の各整数がちょうど1回ずつ現れる整数の無限数列 a1,a2,…a_1,a_2,\ldots に対して、常に添字 i<ji<j と整数 kk が存在して ai+ai+1+⋯+aj=P(k)a_i+a_{i+1}+\cdots+a_j=P(k) となる。
ステップ 4/5: 有界な多項式は成立しない
a3u+1=2u,a3u+2=2u+1,a3u+3=−(u+1) (u≥0);∑ℓ=ijaℓ≥0 for i<ja_{3u+1}=2u,\quad a_{3u+2}=2u+1,\quad a_{3u+3}=-(u+1)\ (u\ge0);\qquad \sum_{\ell=i}^{j}a_\ell\ge0\ \text{for }i<j
詳しい解説

示した数列はすべての整数の全単射であり、始点と終点の位置を3通りに分けて直接確認すると、2項以上の任意の連続和は非負となる。P の値域が上に有界なら、その上界より大きい正整数 C を選び、すべての項に C を加える。各区間は少なくとも2項を含むので、和は C より大きく、P の値域を避ける。値域が下に有界なら、すべての項から C を引けば各区間和は下界より小さい。移動は整数全体との全単射を保つので、定数多項式と偶数次数の多項式は失敗する。