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第1题

对每个整数 a0>1a_0>1,对 n≥0n\ge 0 定义数列 a0,a1,a2,…a_0,a_1,a_2,\ldots 为 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} 求所有 a0a_0,使得存在数 AA 满足对无穷多个 nn 都有 an=Aa_n=A。
第 4/5 步:若 3∣a03\mid a_0,则数列有界
an≥12, 3∣an  ⟹  an′<ana_n\ge 12,\ 3\mid a_n\implies a_{n'}<a_n
详细分析

由前面的不变量,每一项都是 33 的倍数。是 33 的倍数的完全平方数必定是 99 的倍数(仍因为 33 是素数)。所以当某项 an≥12a_n\ge 12 尚不是平方数时,沿 an,an+3,an+6,…a_n,a_n+3,a_n+6,\ldots 前进会遇到第一个“99 的倍数平方数”,即取满足 3t≥an3t\ge\sqrt{a_n} 的最小 tt 得到 9t29t^2;此时下一项为 3t≤an+3<an3t\le\sqrt{a_n}+3<a_n。不断重复这一下降过程,数列迟早会降到 1212 以下,落在 3,6,93,6,9 之一,并从此永远循环:3→6→9→3→⋯3\to 6\to 9\to 3\to\cdots。因此整个数列有界。