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第1問

各整数 a0>1a_0>1 に対し、n≥0n\ge 0 について数列 a0,a1,a2,…a_0,a_1,a_2,\ldots を an+1={anif an is an integer,an+3otherwise.a_{n+1}=\begin{cases}\sqrt{a_n} & \text{if }\sqrt{a_n}\text{ is an integer},\\ a_n+3 & \text{otherwise}.\end{cases} と定める。無限に多くの nn について an=Aa_n=A となる数 AA が存在するような a0a_0 をすべて求めよ。
ステップ 2/5: 3で割り切れる性質は不変量である
3∣an  ⟺  3∣a03\mid a_n \iff 3\mid a_0
詳しい解説

33 を加えても法 33 の剰余は変わらない。ana_n が平方数のとき an=k2a_n=k^2 と書けば、33 は素数なので 3∣k23\mid k^2 となるのはちょうど 3∣k3\mid k のときであり、平方根をとっても因子 33 は生じも消えもしない。よって 3∣an3\mid a_n が成り立つかどうかは、すべての nn について a0a_0 のときと同じである。