此題確實不容易,如果在考場上的限制時間內想解出來應該有點難度,當然數奧選手都有經過訓練,可以較快找到切入點,解出機率當然高些(尤其是大陸選手).
我的解法有點長,簡述如下:
此數列前四項可直接解出為a(1)=1,a(2)=2,a(3)=1,a(4)=2,接著證明引理:若n=2^m,則a(n)=2,for all m為正整數.
考察n=2,3,4,可以看出a(2)=a(4)=2,接著觀察n=4~8:首先確定4~8間有偶數個奇數,所以連續奇數若有偶數個,則其最大正奇因數都恰為本身,且被4除必定恰為餘1,3,1,3,...交互出現,既然有偶數個連續奇數,則+1,-1剛好個數一樣多,即不影響a(8)的函數值,再觀察偶數項4,6,8,將之除以2後必為2,3,4,而由a(2)=2,a(4)=2,確定由n=2~4函數值不影響,即a(8)必等於a(4),所以a(8)=2,同理下個區間內由n=8~16時,連續奇數亦為偶數個,也不影響a(16)的函數值(其實2^m~2^(m+1)內連續奇數皆恰為偶數個,只要m大於1),僅需觀察8~16間的連續偶數8,10,12,14,16,將之除以2後得出的數剛好為前一區間4,5,6,7,8,再由a(4)=a(8)確定不影響a(8)的函數值,故a(16)亦等於a(8)等於2,再繼續此步驟可得出引理.
利用該引理確定2可出現無限多次,再由此引理就可證出每個正整數皆出現無限多次了!!
首先說明1出現無限多次:因為2^m之最大正奇因數必為1,故必為前項多1,可見當n=2^m-1時,a(n)=1,如:a(1)=1,a(3)=1,a(7)=1,a(15)=1,a(31)=1,...有無限多個.
而在n=2^m+1(m>1)時,此數必為奇數,最大正奇因數必為自身,而2^m+1=1(mod 4),故必為前項多1,故a(n)=3,如:a(5)=3,a(9)=3,a(17)=3,a(33)=3,...有無限多個.
在n=2^m+2(m>2)時,a(n)=4,因為2^m+2=2(2^(m-1)+1),最大正奇因數必為2^(m-1)+1,被4除必餘1,故必為前項多1,而前項均為3,所以a(n)=4,如:a(10)=4,a(18)=4,a(34)=4,...有無限多個.
接著考察構造函數值5的方法:取n=8,9,10,函數值為2,3,4,將n放大2倍,得出5個連續項為16,17,18,19,20(之所以5個是因為8~10恰有2個間隔,等同於放入2個連續奇數),奇數恰有2項故不影響函數值,而16,18,20將之除以2後即為一開始之8,9,10,由原本a(10)=4,a(8)=2知函數值多2,故a(20)=a(16)+2=4,而下一項一定就會出現5了,即a(21)=5(因為2^m的下一個奇數必被4除餘1,故連續奇數被4除必為餘1,3,1,3,1,3,...交互出現),故構造函數值5的方法即為:取n=2^m開始連續三項,放大2倍後的第6項就是了,如:取n=16,17,18,放大2倍後為n=32,33,34,35,36,利用前述方法a(37)即為5,如此証出5有無限多個.
而構造函數值6的方法稍有不同:取n=16,17,18,19,20,21(注意間隔有奇數個),放大2倍後得出n=32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,利用a(32)=2,又連續奇數有奇數個,故有+1的效果,再將偶數32,34,36,38,40,42除以2回到16,17,18,19,20,21,由a(21)=5,a(16)=2,故a(21)=a(16)+3,故可看出a(42)=a(32)+1+3=6,所以這種取法必可造出6,如:取n=32,33,34,35,36,37(即由2的次方取到出現函數值5的項),放大2倍後必有a(74)=6,如此確定6有無限多個.
接著7的構造法與5相同,8的構造法與6相同,以此類推,此題得証.
此題真是有點難,我想這個解法應該是沒錯了,你那邊有解答嗎?詳解是怎麼証的啊??