Číselná os

Nápoveda. Vypíšte si vzdialenosti medzi rôznymi trojicami čísel na kocúrkovskej  osi.

Možné riešenie.
Vzdialenosť 39 cm môže byť realizovaná medzi rôznymi dvojicami čísel. Budeme systematicky vypisovať vzdialenosti medzi niekoľkými prvými číslami kocúrkovskej osi. V nasledujúcej schéme je nad čiarou vypísané prvých 10 čísiel a pod čiarou skutočnej vzdialenosti (v cm) medzi rôznymi dvojicami týchto čísel - na prvom riadku pod čiarou sú postupne vzdialenosti medzi susednými číslami, na druhom riadku pod čiarou sú vzdialenosti medzi dvojicami čísel, ktoré sú ob jedno, atď. (Napr. 21 na treťom riadku pod čiarou značí skutočnú vzdialenosť medzi číslami 3 a 6 na kocúrkovskej  osi a je určené ako 5 + 7 + 9). Hviezdičkou sú označené zbytočne veľké čísla, ktorá nás nezaujímajú.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 3 5 7 9 11 13 15 17
4 8 12 16 20 24 28 32 36
9 15 21 27 33 39 * *
16 24 32 40 * * * *
25 35 45 * * * *
36 48 * * * * *
49 * * * * *

Ihneď vidíme (z tretieho riadku pod čiarou), že vzdialenosť 39 cm je medzi číslami 6 a 9 a že sa určite neobjavuje medzi číslami, ktoré sú na kocúrkovskej  osi viac ako ob dve (od štvrtého riadku pod čiarou). Vzdialenosť 39 cm sa určite tiež nemôže objavovať medzi číslami, ktoré sú ob jedno, pretože všetky tieto vzdialenosti sú párne (druhý riadok pod čiarou). Zostáva teda preskúmať vzdialenosti medzi susednými číslami (prvý riadok pod čiarou):
Postupnosť vzdialenosťou medzi susednými číslami môžeme vyjadriť ako
1, 3 = 1 + 2, 5 = 1 + 2 · 2, 7 = 1 + 2 · 3, 9 = 1 + 2 · 4,. . .
Všeobecne, vzdialenosť medzi i-tím a (i + 1) -ným číslom na kocúrkovskej  osi je rovná
1 + 2 (i - 1) = 2i - 1 (cm).
Táto vzdialenosť bude teda rovná 39 cm, práve keď i = 20. Vzdialenosť 39 cm na kocúrkovskej  číselnej osi je medzi dvojicami čísel 6, 9 a 20, 21.

Poznámky.

a) Záverečnou úvahy možno nahradiť vypísaním a spočítaním všetkých nepárnych čísel až po 39. Ak je výpočet úplný, je takéto riešenie správne.
b) Naopak úvodnej vypisovanie možno celé nahradiť úvahou, príp. výpočtom: Všetky vzdialenosti v tabuľke sú súčtom rôznych počtov nepárnych čísel, pričom tieto počty sú buď nepárne (pre susedné čísla a dvojica čísel, ktoré sú ob párny počet čísel), alebo párne (pre dvojice čísel, ktoré sú ob nepárny počet čísiel). Na jednotlivých riadkoch sa teda objavujú buď len nepárne, alebo iba párne čísla. Vzdialenosť 39 cm sa teda môže objavovať iba medzi susednými číslami a dvojicami, ktoré sú na kocúrkovskej  osi ob párny počet čísel.

Predchádzajúce vypisovanie postupnosti vzdialeností medzi susednými číslami má nasledujúce analógiu pre dvojice čísel, ktoré sú ob dve:
9, 15 = 9 + 6, 21 = 9 + 6 · 2, 27 = 9 + 6 · 3,. . .
Všeobecne, vzdialenosť medzi i-tím a (i + 3) -tým číslom na kocúrkovskej  osi je rovná 9 + 6 (i - 1) = 6i + 3 (cm).
Táto vzdialenosť bude teda rovná 39 cm, práve keď i = 6. Obdobne možno vyjadriť akúkoľvek inú vyššie vypisovanie postupnosť.
c) Riešenie úlohy možno zjednodušiť pomocou nasledujúceho poznatku: Súčet nepárneho počtu po sebe idúcich nepárnych čísel je rovný súčinu počtu týchto čísel a prostredného z nich. Zvedavým riešiteľom odporúčame tento poznatok zdôvodniť a riešenie domyslieť.
d) V uvedenej schéme si môžeme všimnúť, že všetky čísla v prvom šikmom stĺpci sú druhými mocninami prirodzených čísel. To nie je náhoda - všeobecne platí, že súčet prvých k po sebe idúcich nepárnych čísel je rovný k². Zvedavým riešiteľom odporúčame porovnať toto tvrdenie s poznatkom v predchádzajúcej poznámke.