A real number sequence a1,a2,…,an,… is such that a1=1, a2=9 and an+2=14an+1−an−4 for all positive integers n. Prove that for each positive integer n the number an is a square of integer.
Solution
З умови задачі випливає, що всі члени даної послідовності є цілими числами, причому a3=14⋅9−1−4=121. Доведемо індукцією за n≥2, що an−1an+1=(an+2)2. Справді, для n=2 маємо: a1a3=1⋅121=(9+2)2=(an+2)2. Припустимо тепер, що an−1an+1=(an+2)2. Тоді anan+2−(an+1+2)2=an(14an+1−an−4)−(an+1+2)2=14anan+1−an2−4an−an+12−4an+1−4=an+1(14an−an+1−4)−(an+2)2=an−1an+1−(an+2)2=0. За принципом математичної індукції, an−1an+1=(an+2)2 для всіх n≥2, тобто для всіх n≥2 добуток an−1an+1 є квадратом цілого числа. Якщо an−1 — квадрат цілого числа і an−1an+1 — квадрат цілого числа, то і an+1 — квадрат цілого числа. Оскільки a1=1 і a2=9 — квадрати цілих чисел, за індукцією одержуємо, що an — квадрат цілого числа для кожного натурального n, що й треба було довести.
Want a route through all this instead of an archive? The track
puts 2,000 problems in a working order, from AMC 10 level to the IMO shortlist.
Source: MathNet,
licensed CC-BY-4.0.
Statement and solution reproduced as published; topic and difficulty added by this site.