IMO 1988 · Problem 3
A function \(f\) is defined on the positive integers by \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] for all positive integers \(n\).
Determine the number of positive integers \(n\), less than or equal to 1988, for which \(f(n)=n\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
\[ \boxed{92} \]
Solution
Let \(r(n)\) be the integer obtained by reversing the binary digits of \(n\), discarding any leading zeros in the reversed string. We first prove that \[ f(n)=r(n) \] for every positive integer \(n\).
Suppose \(n\) has \(\ell\) binary digits. Multiplication by \(2\) appends a zero, so \[ r(2n)=r(n). \] Similarly, the binary representations of \(2n+1\), \(4n+1\), and \(4n+3\) are obtained by appending \(1\), \(01\), and \(11\), respectively. Reversing these strings gives \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] Also, \(r(1)=1\) and \(r(3)=3\). Thus \(r\) satisfies all the defining relations for \(f\).
These relations determine the function uniquely by strong induction: every even argument reduces to a smaller positive argument, and every odd argument other than \(1\) and \(3\) has the form \(4n+1\) or \(4n+3\) with \(n\ge1\), whose corresponding right-hand arguments are smaller. Consequently, \(f(n)=r(n)\) for all positive integers \(n\).
The last digit of the reversed binary string is always \(1\), so \(r(n)\) is odd. Hence an integer satisfying \(r(n)=n\) must be odd. For odd \(n\), reversal preserves the number of binary digits, and uniqueness of binary representation shows that \(r(n)=n\) exactly when its binary representation is a palindrome.
It remains to count binary palindromes at most \(1988\). A palindrome with \(\ell\) binary digits is determined by its first \(\lceil\ell/2\rceil\) digits. The first digit must be \(1\), and the others can be chosen freely, giving \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] such palindromes. Since \(2^{10}\le1988<2^{11}\), we first count all palindromes with at most eleven digits: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
We now remove those exceeding \(1988\). Any eleven-digit binary number whose first five digits are not all \(1\) is at most \[ (11110111111)_2=1983. \] Thus a palindrome exceeding \(1988\) must begin with five ones and, by symmetry, end with five ones. Its only undetermined digit is the middle digit, so the only possibilities are \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] Both exceed \(1988\). Therefore the required number is \[ 94-2=\boxed{92}. \]
The solution was checked against John Scholes' IMO solution archive (Kalva).
IMO 1988 · Aufgabe 3
Eine Funktion \(f\) ist auf den positiven ganzen Zahlen durch \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] für alle positiven ganzen Zahlen \(n\) definiert.
Bestimme die Anzahl der positiven ganzen Zahlen \(n\), die kleiner oder gleich 1988 sind und für die \(f(n)=n\) gilt.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
\[ \boxed{92} \]
Lösung
Sei \(r(n)\) die ganze Zahl, die man erhält, indem man die Reihenfolge der Binärziffern von \(n\) umkehrt und dabei etwaige führende Nullen in der umgekehrten Ziffernfolge weglässt. Wir zeigen zunächst, dass \[ f(n)=r(n) \] für jede positive ganze Zahl \(n\) gilt.
Angenommen, \(n\) hat \(\ell\) Binärziffern. Die Multiplikation mit \(2\) hängt eine Null an, also gilt \[ r(2n)=r(n). \] Ebenso erhält man die Binärdarstellungen von \(2n+1\), \(4n+1\) und \(4n+3\), indem man \(1\), \(01\) beziehungsweise \(11\) anhängt. Durch Umkehrung dieser Ziffernfolgen ergibt sich \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] Außerdem gilt \(r(1)=1\) und \(r(3)=3\). Somit erfüllt \(r\) alle definierenden Beziehungen für \(f\).
Diese Beziehungen bestimmen die Funktion durch starke Induktion eindeutig: Jedes gerade Argument wird auf ein kleineres positives Argument zurückgeführt, und jedes ungerade Argument außer \(1\) und \(3\) hat die Form \(4n+1\) oder \(4n+3\) mit \(n\ge1\), wobei die zugehörigen Argumente auf der rechten Seite kleiner sind. Folglich gilt \(f(n)=r(n)\) für alle positiven ganzen Zahlen \(n\).
Die letzte Ziffer der umgekehrten Binärziffernfolge ist stets \(1\), also ist \(r(n)\) ungerade. Daher muss eine ganze Zahl, die \(r(n)=n\) erfüllt, ungerade sein. Für ungerades \(n\) bleibt die Anzahl der Binärziffern bei der Umkehrung erhalten, und aus der Eindeutigkeit der Binärdarstellung folgt, dass \(r(n)=n\) genau dann gilt, wenn die Binärdarstellung von \(n\) ein Palindrom ist.
Es bleibt, die binären Palindrome zu zählen, deren Wert höchstens \(1988\) ist. Ein Palindrom mit \(\ell\) Binärziffern ist durch seine ersten \(\lceil\ell/2\rceil\) Ziffern bestimmt. Die erste Ziffer muss \(1\) sein, und die übrigen können frei gewählt werden, sodass es \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] solche Palindrome gibt. Wegen \(2^{10}\le1988<2^{11}\) zählen wir zunächst alle Palindrome mit höchstens elf Ziffern: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
Nun ziehen wir diejenigen ab, die größer als \(1988\) sind. Jede elfstellige Binärzahl, deren erste fünf Ziffern nicht alle \(1\) sind, ist höchstens \[ (11110111111)_2=1983. \] Ein Palindrom, das größer als \(1988\) ist, muss daher mit fünf Einsen beginnen und aufgrund der Symmetrie mit fünf Einsen enden. Seine einzige noch unbestimmte Ziffer ist die mittlere Ziffer, also sind die einzigen Möglichkeiten \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] Beide sind größer als \(1988\). Die gesuchte Anzahl ist daher \[ 94-2=\boxed{92}. \]
Die Lösung wurde mit dem IMO-Lösungsarchiv von John Scholes (Kalva) abgeglichen.
IMO 1988 · Soru 3
Pozitif tam sayılar üzerinde tanımlı bir \(f\) fonksiyonu, tüm pozitif tam sayılar \(n\) için \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] bağıntılarıyla tanımlanıyor.
1988'den küçük veya eşit olan ve \(f(n)=n\) eşitliğini sağlayan pozitif tam sayıların sayısını bulunuz.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
\[ \boxed{92} \]
Çözüm
\(r(n)\), \(n\)'nin ikilik gösterimindeki rakamların sırası ters çevrilip elde edilen dizinin başındaki sıfırlar atılarak bulunan tam sayı olsun. Önce her pozitif tam sayı \(n\) için \[ f(n)=r(n) \] olduğunu kanıtlayalım.
\(n\)'nin ikilik gösterimi \(\ell\) basamaklı olsun. \(2\) ile çarpma, gösterimin sonuna bir sıfır eklediğinden \[ r(2n)=r(n). \] Benzer biçimde, \(2n+1\), \(4n+1\) ve \(4n+3\)'ün ikilik gösterimleri, sırasıyla sona \(1\), \(01\) ve \(11\) eklenerek elde edilir. Bu dizilerin sırası ters çevrildiğinde \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n) \end{aligned} \] elde edilir. Ayrıca \(r(1)=1\) ve \(r(3)=3\)'tür. Böylece \(r\), \(f\)'yi tanımlayan bağıntıların tümünü sağlar.
Kuvvetli tümevarımla, bu bağıntıların fonksiyonu tek türlü belirlediği görülür: her çift argüman daha küçük bir pozitif argümana indirgenir; \(1\) ve \(3\) dışındaki her tek argüman ise \(n\ge1\) olmak üzere \(4n+1\) veya \(4n+3\) biçimindedir ve ilgili bağıntının sağ tarafındaki argümanlar daha küçüktür. Dolayısıyla tüm pozitif tam sayılar \(n\) için \(f(n)=r(n)\)'dir.
Ters çevrilen ikilik dizinin son rakamı her zaman \(1\) olduğundan \(r(n)\) tektir. Bu nedenle \(r(n)=n\) eşitliğini sağlayan bir tam sayı tek olmalıdır. Tek \(n\) için ters çevirme, ikilik gösterimin basamak sayısını korur ve ikilik gösterimin tekliği, \(r(n)=n\) eşitliğinin tam olarak bu gösterim bir palindrom olduğunda sağlandığını gösterir.
Geriye, en çok \(1988\) olan ikilik palindromları saymak kalır. İkilik gösterimi \(\ell\) basamaklı olan bir palindrom, ilk \(\lceil\ell/2\rceil\) rakamıyla belirlenir. İlk rakam \(1\) olmak zorundadır ve diğerleri serbestçe seçilebilir; böylece bu tür palindromların sayısı \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] olur. \(2^{10}\le1988<2^{11}\) olduğundan, önce en çok on bir basamaklı palindromların tümünü sayalım: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
Şimdi \(1988\)'i aşanları çıkaralım. İlk beş rakamının hepsi \(1\) olmayan on bir basamaklı herhangi bir ikilik sayı en çok \[ (11110111111)_2=1983 \] olabilir. Dolayısıyla \(1988\)'i aşan bir palindrom beş tane birle başlamalı ve simetri gereği beş tane birle bitmelidir. Belirlenmemiş tek rakamı ortadaki rakam olduğundan, tek olasılıklar \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047 \] olur. Her ikisi de \(1988\)'i aşar. Bu nedenle istenen sayı \[ 94-2=\boxed{92} \] olur.
Çözüm, John Scholes'un IMO çözüm arşiviyle (Kalva) karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 1988 · Problema 3
Una función \(f\) está definida en los enteros positivos por \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] para todo entero positivo \(n\).
Determinar el número de enteros positivos \(n\), menores o iguales que 1988, para los cuales \(f(n)=n\).
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
\[ \boxed{92} \]
Solución
Sea \(r(n)\) el entero obtenido al invertir el orden de las cifras binarias de \(n\), descartando los ceros iniciales de la cadena invertida. Primero demostramos que \[ f(n)=r(n) \] para todo entero positivo \(n\).
Supongamos que \(n\) tiene \(\ell\) cifras binarias. Multiplicar por \(2\) añade un cero al final, por lo que \[ r(2n)=r(n). \] Análogamente, las representaciones binarias de \(2n+1\), \(4n+1\) y \(4n+3\) se obtienen añadiendo al final \(1\), \(01\) y \(11\), respectivamente. Al invertir estas cadenas, obtenemos \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] Además, \(r(1)=1\) y \(r(3)=3\). Así, \(r\) satisface todas las relaciones que definen a \(f\).
Estas relaciones determinan la función de manera única por inducción fuerte: todo argumento par se reduce a un argumento positivo menor, y todo argumento impar distinto de \(1\) y \(3\) tiene la forma \(4n+1\) o \(4n+3\) con \(n\ge1\), cuyos correspondientes argumentos del miembro derecho son menores. Por consiguiente, \(f(n)=r(n)\) para todo entero positivo \(n\).
La última cifra de la cadena binaria invertida es siempre \(1\), por lo que \(r(n)\) es impar. Por tanto, un entero que satisface \(r(n)=n\) debe ser impar. Para \(n\) impar, la inversión conserva el número de cifras binarias, y la unicidad de la representación binaria muestra que \(r(n)=n\) exactamente cuando su representación binaria es capicúa.
Queda contar los números capicúas en base dos que no superan \(1988\). Un número capicúa con \(\ell\) cifras binarias queda determinado por sus primeras \(\lceil\ell/2\rceil\) cifras. La primera cifra debe ser \(1\), y las demás pueden elegirse libremente, lo que da \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] números capicúas de este tipo. Como \(2^{10}\le1988<2^{11}\), contamos primero todos los números capicúas con a lo sumo once cifras: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
Ahora excluimos los que superan \(1988\). Cualquier número binario de once cifras cuyas primeras cinco cifras no sean todas \(1\) es a lo sumo \[ (11110111111)_2=1983. \] Así, un número capicúa que supere \(1988\) debe empezar con cinco unos y, por simetría, terminar con cinco unos. Su única cifra sin determinar es la central, por lo que las únicas posibilidades son \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] Ambos superan \(1988\). Por tanto, el número pedido es \[ 94-2=\boxed{92}. \]
La solución se comprobó con el archivo de soluciones de la IMO de John Scholes (Kalva).
IMO 1988 · 问题 3
定义在正整数上的函数 \(f\) 满足 \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] 其中 \(n\) 为任意正整数。
求不大于 1988 且满足 \(f(n)=n\) 的正整数 \(n\) 的个数。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
\[ \boxed{92} \]
解答
设 \(r(n)\) 为将 \(n\) 的二进制数字倒序排列,并去掉倒序后数字串中的所有前导零所得到的整数。我们首先证明,对每个正整数 \(n\),都有 \[ f(n)=r(n) \] 成立。
假设 \(n\) 的二进制表示有 \(\ell\) 位。乘以 \(2\) 就是在末尾添一个零,因此 \[ r(2n)=r(n). \] 类似地,\(2n+1\)、\(4n+1\) 和 \(4n+3\) 的二进制表示分别由在末尾添上 \(1\)、\(01\) 和 \(11\) 得到。将这些数字串倒序排列,得到 \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] 此外,\(r(1)=1\) 且 \(r(3)=3\)。因此,\(r\) 满足定义 \(f\) 的所有关系式。
由强归纳法可知,这些关系式唯一确定该函数:每个偶数自变量都归结为一个更小的正整数自变量,而除 \(1\) 和 \(3\) 以外的每个奇数自变量都可写成 \(4n+1\) 或 \(4n+3\) 的形式,其中 \(n\ge1\),对应的右端各自变量均更小。因此,对所有正整数 \(n\),都有 \(f(n)=r(n)\)。
倒序后二进制数字串的末位总是 \(1\),所以 \(r(n)\) 为奇数。因此,满足 \(r(n)=n\) 的整数必为奇数。对于奇数 \(n\),倒序排列不改变其二进制位数,由二进制表示的唯一性可知,\(r(n)=n\) 当且仅当其二进制表示为回文串。
接下来只需计算不大于 \(1988\) 的二进制回文数的个数。一个有 \(\ell\) 位二进制数字的回文数由其前 \(\lceil\ell/2\rceil\) 位数字确定。首位必须为 \(1\),其余各位可任意选取,因此这样的回文数有 \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] 个。由于 \(2^{10}\le1988<2^{11}\),先计算所有不超过十一位的回文数的个数: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
现在去掉其中超过 \(1988\) 的数。任何前五位不全为 \(1\) 的十一位二进制数都至多为 \[ (11110111111)_2=1983. \] 因此,超过 \(1988\) 的回文数必以五个一开头,并由对称性可知,它也以五个一结尾。唯一未确定的数字是中间一位,所以仅有的可能是 \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] 两者都超过 \(1988\)。因此,所求个数为 \[ 94-2=\boxed{92}. \]
解答已与 John Scholes 的 IMO 解答档案(Kalva)核对。
IMO 1988 · Задача 3
Функция \(f\) определена на натуральных числах соотношениями \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] для всех натуральных \(n\).
Найдите количество натуральных чисел \(n\), не превосходящих 1988, для которых \(f(n)=n\).
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
\[ \boxed{92} \]
Решение
Пусть \(r(n)\) — целое число, полученное записью двоичных цифр числа \(n\) в обратном порядке с отбрасыванием всех ведущих нулей в получившейся строке. Сначала докажем, что \[ f(n)=r(n) \] для каждого натурального \(n\).
Пусть двоичная запись числа \(n\) содержит \(\ell\) цифр. Умножение на \(2\) приписывает справа нуль, поэтому \[ r(2n)=r(n). \] Аналогично, двоичные записи чисел \(2n+1\), \(4n+1\) и \(4n+3\) получаются приписыванием справа соответственно \(1\), \(01\) и \(11\). Записывая эти строки в обратном порядке, получаем \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] Кроме того, \(r(1)=1\) и \(r(3)=3\). Таким образом, \(r\) удовлетворяет всем соотношениям, определяющим \(f\).
Эти соотношения однозначно определяют функцию по принципу сильной индукции: каждый чётный аргумент сводится к меньшему натуральному аргументу, а каждый нечётный аргумент, отличный от \(1\) и \(3\), имеет вид \(4n+1\) или \(4n+3\) при \(n\ge1\), причём соответствующие аргументы в правой части меньше исходного. Следовательно, \(f(n)=r(n)\) для всех натуральных \(n\).
Последняя цифра двоичной строки, записанной в обратном порядке, всегда равна \(1\), поэтому \(r(n)\) нечётно. Значит, целое число, удовлетворяющее равенству \(r(n)=n\), должно быть нечётным. Для нечётного \(n\) обращение порядка цифр сохраняет длину двоичной записи, и из единственности двоичного представления следует, что \(r(n)=n\) тогда и только тогда, когда двоичная запись числа является палиндромом.
Остаётся подсчитать двоичные палиндромы, не превосходящие \(1988\). Палиндром из \(\ell\) двоичных цифр определяется своими первыми \(\lceil\ell/2\rceil\) цифрами. Первая цифра должна быть равна \(1\), а остальные можно выбирать произвольно, что даёт \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] таких палиндромов. Поскольку \(2^{10}\le1988<2^{11}\), сначала подсчитаем все палиндромы, содержащие не более одиннадцати цифр: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
Теперь исключим те из них, которые превосходят \(1988\). Любое одиннадцатизначное двоичное число, у которого среди первых пяти цифр есть хотя бы одна, отличная от \(1\), не превосходит \[ (11110111111)_2=1983. \] Поэтому палиндром, превосходящий \(1988\), должен начинаться с пяти единиц и, в силу симметрии, заканчиваться пятью единицами. Единственная неопределённая цифра — средняя, так что возможны лишь \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] Оба числа превосходят \(1988\). Следовательно, искомое количество равно \[ 94-2=\boxed{92}. \]
Решение проверено по архиву решений IMO Джона Скоулза (Kalva).
IMO 1988 · المسألة 3
تُعرَّف دالة \(f\) على الأعداد الصحيحة الموجبة بالعلاقات \[ \begin{aligned} f(1)&=1,\quad f(3)=3,\\ f(2n)&=f(n),\\ f(4n+1)&=2f(2n+1)-f(n),\\ f(4n+3)&=3f(2n+1)-2f(n), \end{aligned} \] لكل عدد صحيح موجب \(n\).
حدد عدد الأعداد الصحيحة الموجبة \(n\) التي لا تزيد على 1988 وتحقق \(f(n)=n\).
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
\[ \boxed{92} \]
الحل
ليكن \(r(n)\) العدد الصحيح الناتج عن عكس ترتيب أرقام التمثيل الثنائي للعدد \(n\)، مع حذف أي أصفار بادئة في السلسلة المعكوسة. نثبت أولًا أن \[ f(n)=r(n) \] لكل عدد صحيح موجب \(n\).
افترض أن التمثيل الثنائي للعدد \(n\) يتكون من \(\ell\) رقمًا. الضرب في \(2\) يلحق صفرًا بنهاية التمثيل، ولذلك \[ r(2n)=r(n). \] وبالمثل، نحصل على التمثيلات الثنائية للأعداد \(2n+1\) و\(4n+1\) و\(4n+3\) بإلحاق \(1\) و\(01\) و\(11\) على الترتيب. وبعكس ترتيب أرقام هذه السلاسل نحصل على \[ \begin{aligned} r(2n+1)&=2^\ell+r(n),\\ r(4n+1)&=2^{\ell+1}+r(n) =2r(2n+1)-r(n),\\ r(4n+3)&=3\cdot2^\ell+r(n) =3r(2n+1)-2r(n). \end{aligned} \] كذلك، \(r(1)=1\) و\(r(3)=3\). إذن تحقق \(r\) جميع العلاقات التي تعرّف \(f\).
تحدد هذه العلاقات الدالة تحديدًا وحيدًا بالاستقراء القوي: فكل مدخل زوجي يُردّ إلى مدخل موجب أصغر منه، وكل مدخل فردي غير \(1\) و\(3\) يكون على الصورة \(4n+1\) أو \(4n+3\) مع \(n\ge1\)، وتكون المدخلات المقابلة في الطرف الأيمن أصغر منه. وبالتالي، \(f(n)=r(n)\) لكل عدد صحيح موجب \(n\).
الرقم الأخير في السلسلة الثنائية المعكوسة هو دائمًا \(1\)، ولذلك فإن \(r(n)\) فردي. ومن ثم فإن أي عدد صحيح يحقق \(r(n)=n\) لا بد أن يكون فرديًا. عندما يكون \(n\) فرديًا، يحافظ عكس الترتيب على عدد أرقام التمثيل الثنائي، وتبين وحدانية التمثيل الثنائي أن \(r(n)=n\) إذا وفقط إذا كان تمثيله الثنائي متناظرًا، أي يُقرأ بالطريقة نفسها من الجهتين.
يبقى أن نعدّ الأعداد ذات التمثيلات الثنائية المتناظرة التي لا تزيد على \(1988\). يتحدد التمثيل المتناظر ذو \(\ell\) رقمًا ثنائيًا بأرقامه الأولى وعددها \(\lceil\ell/2\rceil\). يجب أن يكون الرقم الأول \(1\)، ويمكن اختيار الأرقام الأخرى بحرية، مما يعطي \[ 2^{\lceil\ell/2\rceil-1} \] تمثيلًا متناظرًا من هذا النوع. بما أن \(2^{10}\le1988<2^{11}\)، نعدّ أولًا جميع التمثيلات المتناظرة التي تتكون من أحد عشر رقمًا على الأكثر: \[ \sum_{\ell=1}^{11}2^{\lceil\ell/2\rceil-1} =2(1+2+4+8+16)+32 =94. \]
نستبعد الآن الأعداد التي تزيد على \(1988\). أي عدد ثنائي من أحد عشر رقمًا لا تكون أرقامه الخمسة الأولى كلها \(1\) لا يزيد على \[ (11110111111)_2=1983. \] إذن لا بد أن يبدأ أي تمثيل متناظر لعدد يزيد على \(1988\) بخمس وحدات، وأن ينتهي، بفعل التناظر، بخمس وحدات. والرقم الوحيد غير المحدد فيه هو الرقم الأوسط، ولذلك فإن الاحتمالين الوحيدين هما \[ (11111011111)_2=2015, \qquad (11111111111)_2=2047. \] كلاهما يزيد على \(1988\). وبالتالي فإن العدد المطلوب هو \[ 94-2=\boxed{92}. \]
تمت مراجعة الحل بمقارنته بأرشيف حلول IMO لجون سكولز (Kalva).