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第6题

求所有正整数 nn,使得存在非负整数 a1,…,ana_1,\dots,a_n 满足 ∑i=1n2−ai=∑i=1ni3−ai=1\sum_{i=1}^n2^{-a_i}=\sum_{i=1}^n i3^{-a_i}=1。
第 3/4 步:应用官方的 11 项扩展
通俗地说

一个固定的局部替换增加 11 个指标,并逐项保持两个和。

n=4m+2⟼4m+13n=4m+2\longmapsto4m+13
详细分析

对 4m+24m+2、m≥2m\ge2 的可行序列,除下列替换外令 aj′=aja'_j=a_j(未列出的指数不变):am+2′=am+2+2a'_{m+2}=a_{m+2}+2;对 j=2,…,6j=2,\ldots,6,令 a2m+j′=a2m+j+1a'_{2m+j}=a_{2m+j}+1 且 a4m+2j′=a2m+j+1a'_{4m+2j}=a_{2m+j}+1;并对 j=1,…,6j=1,\ldots,6 令 a4m+2j+1′=am+2+3a'_{4m+2j+1}=a_{m+2}+3。第一项替换保持两和,因为 2−a=2−(a+2)+6 2−(a+3)2^{-a}=2^{-(a+2)}+6\,2^{-(a+3)} 且 (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)}。每个 2m+j2m+j 对也保持两和,因为 (2m+j)+(4m+2j)=3(2m+j)(2m+j)+(4m+2j)=3(2m+j)。因此新序列长度为 4m+134m+13 且仍可行。