Из натурального числа n разрешается получить либо число n2 + 2n, либо число n3 + 3n2 + 3n. Два натуральных числа называются совместимыми, если из них можно получить одно и то же число с помощью некоторого количества таких операций. Найдите все числа, совместимые с числом 2018.
Сделаем замену k = n + 1 и будем считать, что мы преобразуем число k, которое может принимать значения натуральных чисел, кроме единицы. Замена n → n2 + 2n для k соответствует замене f1: k = n + 1 → n2 + 2n + 1 = k2. Вторая замена соответствует f2: k → k3. Заметим, что для любого k верно f1(f2(k)) = f2(f1(k)). Таким образом, если мы применяем несколько раз операции f1 и f2 к числу k, неважен порядок, а важно только количество операций.
Допустим, числа k1 и k2 эквивалентны. Тогда применением операций к одному и другому числам несколько раз можно получить одно и то же число, то есть Таким образом, все натуральные числа, эквивалентные заданному k, имеют вид для рациональных q1, q2. Соответственно, для n = 2018 все совместимые с ним числа будут иметь вид Число 2019 = 3 · 673 не является степенью натурального числа выше первой. Таким образом, рациональные числа q1 и q2 должны быть целыми, для любых целых q1 и q2 мы получаем совместимые с 2018.
Ответ: числа вида для неотрицательных целых k и n.