مساله ۵۰. نوشتن توان‌های ۲ به صورت مجموع

از بین اعداد ۱، ۲، ۴، ۸، ۱۶، ...، ۴۰۹۶ چندتاشون رو می‌شه به صورت مجموع چند عدد متوالی صحیح مثبت نوشت؟

(با الهام از سوالی در المپیاد ریاضی اوکراین)

لینک سوال در توویتر: https://twitter.com/Riazi_Cafe/status/1730473706236043458

هیچ توانی از ۲ را به صورت مجموع ۲ یا چند عدد مثبت صحیح متوالی نمی‌توان نوشت.

با برهات خلف اثبات می‌کنیم. فرض کنیم بتوان نوشت. آنگاه m و n بزرگتر از صفری خواهیم داشت که:

$$ m + (m + 1) + ... + (m + n) = \frac{(2m + n)(n + 1)}{2} = 2^k $$

که نتیجه می‌دهد:

$$ (2m+n)(n+1) = 2^{k+1} $$

سمت راست رابطه عامل اول فرد ندارد، ولی حداقل یکی از $2m+n$ و $n+1$ که هر دو بزرگتر از یک هستند، فرد است. پس رابطه‌ی بالا نمی‌تواند برقرار باشد و فرض اولیه درست نبود.