IMO 2017 · Problem 1
For each integer \(a_0>1\), define the sequence \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) by: \[ a_{n+1}= \begin{cases} \sqrt{a_n} & \text{if }\sqrt{a_n}\text{ is an integer},\\ a_n+3 & \text{otherwise}, \end{cases} \qquad\text{for each }n\geq 0. \] Determine all values of \(a_0\) for which there is a number \(A\) such that \(a_n=A\) for infinitely many values of \(n\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
\[ \boxed{\text{All positive integers }a_0\text{ divisible by }3.} \]
Solution
All terms are integers greater than \(1\). Moreover, both operations preserve whether a term is divisible by \(3\): this is immediate for addition of \(3\), and an integer square is divisible by \(3\) if and only if its square root is divisible by \(3\).
We first establish a descent observation. Suppose a term has value \(b\), and there is an integer \(r\) such that \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] Then a later term is smaller than \(b\). Indeed, \(r^2\) belongs to the progression \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] The sequence follows this progression until it encounters its first perfect square \(s\), which must satisfy \(s\leq r^2\). The following term is therefore \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
Let \(m\) be the smallest value attained by the sequence. Such a value exists because all terms are positive integers.
Case 1: \(3\mid a_0\). Every term is divisible by \(3\), so \(m\geq3\) and \(3\mid m\). If \(m\geq6\), set \(r=m-3\). Then \(2\leq r<m\), both \(r^2\) and \(m\) are divisible by \(3\), and \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] The descent observation gives a term smaller than \(m\), a contradiction. Hence \(m=3\), so the sequence eventually reaches the cycle \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] Thus \(A=3\) occurs infinitely often.
Case 2: \(3\nmid a_0\). No term is divisible by \(3\), so \(m\equiv1\) or \(2\pmod3\).
If \(m\equiv1\pmod3\), then \(m\geq4\). Set \(r=m-2\). We have \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] and \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] Again, the descent observation contradicts the minimality of \(m\).
Consequently \(m\equiv2\pmod3\). Choose \(N\) with \(a_N=m\). Since every integer square is congruent to \(0\) or \(1\pmod3\), none of the numbers \(m+3k\) is a square. Induction therefore gives \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] This tail is strictly increasing, and the preceding part is finite. Hence no value occurs infinitely often.
The required initial values are exactly the positive multiples of \(3\).
The solution was checked against the official IMO shortlist solutions.
IMO 2017 · Aufgabe 1
Für jede ganze Zahl \(a_0>1\) sei die Folge \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) gegeben durch \[ a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n} & \text{falls }\sqrt{a_n}\text{ ganzzahlig},\\ a_n+3 & \text{sonst}, \end{cases} \qquad\text{für alle }n\geq0. \] Man bestimme alle Werte von \(a_0\), so dass es eine Zahl \(A\) gibt, mit \(a_n=A\) für unendlich viele Werte von \(n\).
Offizieller deutscher Aufgabentext. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
\[ \boxed{\text{Alle positiven ganzen Zahlen }a_0\text{, die durch }3\text{ teilbar sind.}} \]
Lösung
Alle Folgenglieder sind ganze Zahlen größer als \(1\). Außerdem erhalten beide Operationen die Eigenschaft, durch \(3\) teilbar zu sein oder nicht: Für die Addition von \(3\) ist dies unmittelbar klar, und eine ganzzahlige Quadratzahl ist genau dann durch \(3\) teilbar, wenn ihre Quadratwurzel durch \(3\) teilbar ist.
Zunächst halten wir eine Abstiegsbeobachtung fest. Angenommen, ein Folgenglied hat den Wert \(b\), und es gibt eine ganze Zahl \(r\) mit \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] Dann ist ein späteres Folgenglied kleiner als \(b\). Tatsächlich gehört \(r^2\) zur arithmetischen Folge \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] Die Folge durchläuft diese arithmetische Folge, bis sie auf die erste Quadratzahl \(s\) trifft; diese muss \(s\leq r^2\) erfüllen. Das darauffolgende Glied ist daher \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
Sei \(m\) der kleinste Wert, den die Folge annimmt. Ein solcher Wert existiert, weil alle Folgenglieder positive ganze Zahlen sind.
Fall 1: \(3\mid a_0\). Jedes Folgenglied ist durch \(3\) teilbar, also gelten \(m\geq3\) und \(3\mid m\). Falls \(m\geq6\), setzen wir \(r=m-3\). Dann gilt \(2\leq r<m\), sowohl \(r^2\) als auch \(m\) sind durch \(3\) teilbar, und \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] Nach der Abstiegsbeobachtung gibt es ein Folgenglied kleiner als \(m\), ein Widerspruch. Somit ist \(m=3\), und die Folge erreicht schließlich den Zyklus \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] Also tritt \(A=3\) unendlich oft auf.
Fall 2: \(3\nmid a_0\). Kein Folgenglied ist durch \(3\) teilbar, also gilt \(m\equiv1\) oder \(2\pmod3\).
Falls \(m\equiv1\pmod3\), so ist \(m\geq4\). Wir setzen \(r=m-2\). Es gilt \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] und \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] Erneut widerspricht die Abstiegsbeobachtung der Minimalität von \(m\).
Folglich ist \(m\equiv2\pmod3\). Wir wählen \(N\) mit \(a_N=m\). Da jede ganzzahlige Quadratzahl kongruent zu \(0\) oder \(1\pmod3\) ist, ist keine der Zahlen \(m+3k\) eine Quadratzahl. Durch Induktion folgt daher \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] Dieser Endabschnitt der Folge ist streng monoton wachsend, und der davorliegende Abschnitt ist endlich. Daher tritt kein Wert unendlich oft auf.
Die gesuchten Anfangswerte sind genau die positiven Vielfachen von \(3\).
Die Lösung wurde mit den offiziellen Lösungen der IMO-Shortlist abgeglichen.
IMO 2017 · Soru 1
Her \(a_0>1\) tam sayısı için \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) dizisi şu şekilde tanımlanıyor: \[ \text{her }n\geq 0\text{ için }a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n} & \text{eğer }\sqrt{a_n}\text{ tam sayı ise}\\ a_n+3 & \text{diğer durumda} \end{cases} \]
\(a_0\) ın hangi değerleri için öyle bir \(A\) sayısı vardır ki sonsuz çoklukta \(n\) değeri için \(a_n=A\) olsun?
Sorunun resmi Türkçe metni. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
\[ \boxed{\text{Tüm pozitif }a_0\text{ tam sayılarından }3\text{ ile bölünebilenler.}} \]
Çözüm
Tüm terimler \(1\)'den büyük tam sayılardır. Ayrıca her iki işlem de bir terimin \(3\) ile bölünebilme durumunu korur: bu, \(3\) ekleme işlemi için açıktır; bir tam sayının karesi ise ancak ve ancak karekökü \(3\) ile bölünüyorsa \(3\) ile bölünür.
Önce bir iniş gözlemi yapalım. Bir terimin değerinin \(b\) olduğunu ve \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3 \] koşullarını sağlayan bir \(r\) tam sayısı bulunduğunu varsayalım. O hâlde daha sonraki bir terim \(b\)'den küçüktür. Gerçekten de \(r^2\), \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots \] aritmetik dizisine aittir. Dizi, ilk tam kare olan \(s\) ile karşılaşıncaya kadar bu aritmetik diziyi izler ve \(s\leq r^2\) olmak zorundadır. Dolayısıyla bir sonraki terim için \[ \sqrt{s}\leq r<b \] olur.
Dizinin aldığı en küçük değer \(m\) olsun. Tüm terimler pozitif tam sayılar olduğundan böyle bir değer vardır.
Durum 1: \(3\mid a_0\). Her terim \(3\) ile bölünür, dolayısıyla \(m\geq3\) ve \(3\mid m\) olur. Eğer \(m\geq6\) ise \(r=m-3\) alalım. Bu durumda \(2\leq r<m\) olur, hem \(r^2\) hem de \(m\), \(3\) ile bölünür ve \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] İniş gözlemi, \(m\)'den küçük bir terim verir; bu bir çelişkidir. Öyleyse \(m=3\) olur ve dizi sonunda \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3 \] döngüsüne ulaşır. Böylece \(A=3\) değeri sonsuz kez alınır.
Durum 2: \(3\nmid a_0\). Hiçbir terim \(3\) ile bölünmez, dolayısıyla \(m\equiv1\) veya \(2\pmod3\) olur.
Eğer \(m\equiv1\pmod3\) ise \(m\geq4\) olur. \(r=m-2\) alalım. \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] ve \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0 \] elde edilir. İniş gözlemi yine \(m\)'nin en küçük değer olmasıyla çelişir.
Sonuç olarak \(m\equiv2\pmod3\) olur. \(a_N=m\) olacak şekilde \(N\) seçelim. Her tam sayının karesi \(0\) veya \(1\pmod3\) ile denk olduğundan, \(m+3k\) sayılarının hiçbiri tam kare değildir. Dolayısıyla tümevarımla \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0) \] elde edilir. Dizinin bu kısmı kesin artandır ve önceki kısmı sonludur. Bu nedenle hiçbir değer sonsuz kez alınmaz.
İstenen başlangıç değerleri tam olarak \(3\)'ün pozitif katlarıdır.
Çözüm, resmi IMO shortlist çözümleriyle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 2017 · Problema 1
Para cada entero \(a_0>1\), se define la sucesión \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) tal que para cada \(n\geq0\): \[ a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n} & \text{si }\sqrt{a_n}\text{ es entero},\\ a_n+3 & \text{en otro caso.} \end{cases} \] Determinar todos los valores de \(a_0\) para los que existe un número \(A\) tal que \(a_n=A\) para infinitos valores de \(n\).
Texto oficial en español del problema. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
\[ \boxed{\text{Todos los enteros positivos }a_0\text{ divisibles por }3.} \]
Solución
Todos los términos son enteros mayores que \(1\). Además, ambas operaciones conservan la divisibilidad por \(3\) de un término: esto es inmediato para la suma de \(3\), y el cuadrado de un entero es divisible por \(3\) si y solo si su raíz cuadrada es divisible por \(3\).
Establecemos primero una observación de descenso. Supongamos que un término tiene valor \(b\) y que existe un entero \(r\) tal que \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] Entonces un término posterior es menor que \(b\). En efecto, \(r^2\) pertenece a la progresión \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] La sucesión sigue esta progresión hasta encontrar su primer cuadrado perfecto \(s\), que debe satisfacer \(s\leq r^2\). Por tanto, el término siguiente es \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
Sea \(m\) el menor valor que alcanza la sucesión. Tal valor existe porque todos los términos son enteros positivos.
Caso 1: \(3\mid a_0\). Todos los términos son divisibles por \(3\), por lo que \(m\geq3\) y \(3\mid m\). Si \(m\geq6\), tomemos \(r=m-3\). Entonces \(2\leq r<m\), tanto \(r^2\) como \(m\) son divisibles por \(3\), y \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] La observación de descenso da un término menor que \(m\), una contradicción. Por consiguiente, \(m=3\), de modo que la sucesión acaba entrando en el ciclo \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] Así pues, \(A=3\) aparece infinitas veces.
Caso 2: \(3\nmid a_0\). Ningún término es divisible por \(3\), por lo que \(m\equiv1\) o \(2\pmod3\).
Si \(m\equiv1\pmod3\), entonces \(m\geq4\). Tomemos \(r=m-2\). Tenemos \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] y \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] De nuevo, la observación de descenso contradice la minimalidad de \(m\).
En consecuencia, \(m\equiv2\pmod3\). Elijamos \(N\) tal que \(a_N=m\). Como el cuadrado de cualquier entero es congruente con \(0\) o \(1\pmod3\), ninguno de los números \(m+3k\) es un cuadrado. Por inducción obtenemos, por tanto, \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] Esta cola de la sucesión es estrictamente creciente, y la parte anterior es finita. Por consiguiente, ningún valor aparece infinitas veces.
Los valores iniciales buscados son exactamente los múltiplos positivos de \(3\).
La solución se comprobó con las soluciones oficiales de la shortlist de la IMO.
IMO 2017 · 问题 1
对每个整数 \(a_0>1\),定义数列 \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) 如下:对于任意的 \(n\geq0\), \[ a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n},&\text{若 }\sqrt{a_n}\text{ 是一个整数},\\ a_n+3,&\text{其它情况}. \end{cases} \] 试求满足下述条件的所有 \(a_0\):存在一个数 \(A\),使得对无穷多个 \(n\),有 \(a_n=A\)。
题目为官方中文译本。 官方试卷 (PDF)
答案
\[ \boxed{\text{所有能被 }3\text{ 整除的正整数 }a_0\text{。}} \]
解答
所有项都是大于 \(1\) 的整数。此外,两种操作都保持一项是否能被 \(3\) 整除这一性质:加上 \(3\) 时显然如此,而一个整数的平方能被 \(3\) 整除,当且仅当其平方根能被 \(3\) 整除。
我们先证明一个递降结论。假设某一项的值为 \(b\),且存在整数 \(r\) 使得 \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] 那么后面会出现小于 \(b\) 的项。事实上,\(r^2\) 属于等差数列 \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] 原数列沿着这个等差数列递增,直到遇到第一个完全平方数 \(s\),此时必有 \(s\leq r^2\)。因此,下一项为 \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
设 \(m\) 为数列中出现的最小值。由于所有项都是正整数,这样的最小值存在。
情形 1:\(3\mid a_0\)。 每一项都能被 \(3\) 整除,所以 \(m\geq3\) 且 \(3\mid m\)。若 \(m\geq6\),令 \(r=m-3\)。则 \(2\leq r<m\),\(r^2\) 和 \(m\) 都能被 \(3\) 整除,且 \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] 由递降结论可知,会出现小于 \(m\) 的项,矛盾。因此 \(m=3\),所以数列最终进入循环 \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] 于是 \(A=3\) 出现无穷多次。
情形 2:\(3\nmid a_0\)。 没有任何一项能被 \(3\) 整除,所以 \(m\equiv1\) 或 \(2\pmod3\)。
若 \(m\equiv1\pmod3\),则 \(m\geq4\)。令 \(r=m-2\)。有 \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] 且 \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] 递降结论再次与 \(m\) 的最小性矛盾。
因此 \(m\equiv2\pmod3\)。取 \(N\) 使得 \(a_N=m\)。由于每个整数的平方都同余于 \(0\) 或 \(1\pmod3\),数 \(m+3k\) 中没有完全平方数。因此,由归纳法可得 \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] 数列的这一尾段严格递增,而前面的部分只有有限项。因此,没有任何值出现无穷多次。
所求的初始值恰为 \(3\) 的所有正整数倍。
解答已与 IMO 官方预选题(shortlist)解答核对。
IMO 2017 · Задача 1
Для произвольного целого \(a_0>1\) определим последовательность \(a_0,\ a_1,\ a_2,\ \ldots\) следующим образом: \[ a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n},&\text{если }\sqrt{a_n}\text{ – целое число},\\ a_n+3&\text{в противном случае}, \end{cases} \qquad\text{для всех }n\geq0. \] Найдите все значения \(a_0\), при которых существует число \(A\) такое, что \(a_n=A\) для бесконечно многих значений \(n\).
Официальный русский текст задачи. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
\[ \boxed{\text{Все положительные целые числа }a_0\text{, делящиеся на }3.} \]
Решение
Все члены последовательности — целые числа, большие \(1\). Кроме того, обе операции сохраняют свойство делимости члена на \(3\): для прибавления \(3\) это очевидно, а квадрат целого числа делится на \(3\) тогда и только тогда, когда его квадратный корень делится на \(3\).
Сначала установим следующее наблюдение о спуске. Пусть некоторый член равен \(b\) и существует целое число \(r\), для которого \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] Тогда один из последующих членов меньше \(b\). Действительно, \(r^2\) принадлежит прогрессии \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] Последовательность следует этой прогрессии до первого полного квадрата \(s\), причём обязательно \(s\leq r^2\). Поэтому следующий член равен \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
Пусть \(m\) — наименьшее значение, принимаемое последовательностью. Такое значение существует, поскольку все её члены — положительные целые числа.
Случай 1: \(3\mid a_0\). Каждый член делится на \(3\), поэтому \(m\geq3\) и \(3\mid m\). Если \(m\geq6\), положим \(r=m-3\). Тогда \(2\leq r<m\), оба числа \(r^2\) и \(m\) делятся на \(3\), и \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] По наблюдению о спуске существует член, меньший \(m\), — противоречие. Следовательно, \(m=3\), так что последовательность в конце концов попадает в цикл \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] Таким образом, значение \(A=3\) встречается бесконечно много раз.
Случай 2: \(3\nmid a_0\). Ни один член не делится на \(3\), поэтому \(m\equiv1\) или \(2\pmod3\).
Если \(m\equiv1\pmod3\), то \(m\geq4\). Положим \(r=m-2\). Имеем \(2\leq r<m\), \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] и \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] Снова наблюдение о спуске противоречит минимальности \(m\).
Следовательно, \(m\equiv2\pmod3\). Выберем \(N\) так, чтобы \(a_N=m\). Поскольку квадрат любого целого числа сравним с \(0\) или \(1\pmod3\), ни одно из чисел \(m+3k\) не является квадратом. Поэтому по индукции получаем \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] Эта часть последовательности строго возрастает, а предшествующая ей часть конечна. Следовательно, ни одно значение не встречается бесконечно много раз.
Искомые начальные значения — в точности положительные числа, кратные \(3\).
Решение проверено по официальным решениям шортлиста IMO.
IMO 2017 · المسألة 1
لكل عدد صحيح \(a_0>1\) نعرّف المتتابعة \(a_0,a_1,a_2,\ldots\) كما يلي: \[ a_{n+1}=\begin{cases} \sqrt{a_n} & \text{if }\sqrt{a_n}\text{ is an integer},\\ a_n+3 & \text{otherwise}, \end{cases} \qquad\text{for each }n\geq0. \] أوجد كل قيم \(a_0\) بحيث يوجد عدد \(A\) و \(a_n=A\) لقيم غير منتهية من \(n\).
نص المسألة هو الترجمة العربية الرسمية. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
\[ \boxed{\text{كل الأعداد الصحيحة الموجبة }a_0\text{ التي تقبل القسمة على }3.} \]
الحل
جميع الحدود أعداد صحيحة أكبر من \(1\). علاوة على ذلك، تحافظ كلتا العمليتين على قابلية الحد للقسمة على \(3\): وهذا واضح بالنسبة إلى إضافة \(3\)، كما أن مربع عدد صحيح يقبل القسمة على \(3\) إذا وفقط إذا كان جذره التربيعي يقبل القسمة على \(3\).
نثبت أولًا ملاحظة تتعلق بالنزول. لنفترض أن قيمة أحد الحدود هي \(b\)، وأن هناك عددًا صحيحًا \(r\) بحيث \[ 2\leq r<b,\qquad r^2\geq b,\qquad r^2\equiv b\pmod3. \] عندئذ يوجد حد لاحق أصغر من \(b\). بالفعل، ينتمي \(r^2\) إلى المتتابعة الحسابية \[ b,\ b+3,\ b+6,\ldots. \] تتبع المتتابعة هذه المتتابعة الحسابية حتى تبلغ أول مربع كامل \(s\)، وهو يحقق بالضرورة \(s\leq r^2\). ومن ثم يكون الحد التالي \[ \sqrt{s}\leq r<b. \]
لتكن \(m\) أصغر قيمة تبلغها المتتابعة. توجد هذه القيمة لأن جميع الحدود أعداد صحيحة موجبة.
الحالة 1: \(3\mid a_0\). كل حد يقبل القسمة على \(3\)، ومن ثم \(m\geq3\) و \(3\mid m\). إذا كان \(m\geq6\)، نضع \(r=m-3\). عندئذ \(2\leq r<m\)، ويقبل كل من \(r^2\) و \(m\) القسمة على \(3\)، ولدينا \[ r^2-m=(m-3)^2-m=(m-6)(m-1)+3>0. \] تعطينا ملاحظة النزول حدًا أصغر من \(m\)، وهذا تناقض. إذن \(m=3\)، وبالتالي تصل المتتابعة في النهاية إلى الدورة \[ 3\longmapsto6\longmapsto9\longmapsto3. \] وهكذا تظهر القيمة \(A=3\) عددًا غير منتهٍ من المرات.
الحالة 2: \(3\nmid a_0\). لا يقبل أي حد القسمة على \(3\)، ومن ثم \(m\equiv1\) أو \(2\pmod3\).
إذا كان \(m\equiv1\pmod3\)، فإن \(m\geq4\). نضع \(r=m-2\). لدينا \(2\leq r<m\)، \[ r^2\equiv(-1)^2\equiv1\equiv m\pmod3, \] وكذلك \[ r^2-m=(m-2)^2-m=(m-1)(m-4)\geq0. \] مرة أخرى، تناقض ملاحظة النزول كون \(m\) أصغر قيمة.
إذن \(m\equiv2\pmod3\). نختار \(N\) بحيث \(a_N=m\). بما أن مربع كل عدد صحيح يوافق \(0\) أو \(1\pmod3\)، فلا يكون أي من الأعداد \(m+3k\) مربعًا. وبالتالي نحصل بالاستقراء على \[ a_{N+k}=m+3k\qquad(k\geq0). \] هذا الجزء من المتتابعة متزايد تمامًا، والجزء الذي يسبقه منتهٍ. ومن ثم لا تظهر أي قيمة عددًا غير منتهٍ من المرات.
القيم الابتدائية المطلوبة هي بالضبط المضاعفات الموجبة للعدد \(3\).
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحلول الرسمية لقائمة IMO المختصرة.