MathLabs

第6問

非負整数 a1,…,ana_1,\dots,a_n が存在して ∑i=1n2−ai=∑i=1ni3−ai=1\sum_{i=1}^n2^{-a_i}=\sum_{i=1}^n i3^{-a_i}=1 となる正整数 nn をすべて求めよ。
ステップ 3/4: 公式の 11 項拡張を適用する
ざっくり言うと

固定した局所置換により11個の添字を追加し、二つの和を項ごとに保つ。

n=4m+2⟼4m+13n=4m+2\longmapsto4m+13
詳しい解説

m≥2m\ge2 とし、長さ 4m+24m+2 の実現可能列について、次以外は aj′=aja'_j=a_j とする(指定しない指数は不変):am+2′=am+2+2a'_{m+2}=a_{m+2}+2、j=2,…,6j=2,\ldots,6 では a2m+j′=a2m+j+1a'_{2m+j}=a_{2m+j}+1 と a4m+2j′=a2m+j+1a'_{4m+2j}=a_{2m+j}+1、さらに j=1,…,6j=1,\ldots,6 で a4m+2j+1′=am+2+3a'_{4m+2j+1}=a_{m+2}+3 とする。最初の置換は 2−a=2−(a+2)+6 2−(a+3)2^{-a}=2^{-(a+2)}+6\,2^{-(a+3)} と (m+2)3−a=(m+2)3−(a+2)+∑j=16(4m+2j+1)3−(a+3)(m+2)3^{-a}=(m+2)3^{-(a+2)}+\sum_{j=1}^6(4m+2j+1)3^{-(a+3)} により両和を保つ。各 2m+j2m+j の組も (2m+j)+(4m+2j)=3(2m+j)(2m+j)+(4m+2j)=3(2m+j) により両和を保つ。従って新列の長さは 4m+134m+13 で実現可能である。