Последовательные нечётные натуральные числа выписывают «по спирали», как показано на рисунке. Числа 3, 15 и остальные, находящиеся вместе с ними на одной прямой, назовём хорошими (на рисунке они выделены серым). Чему равна сумма 2020 наименьших хороших чисел?
(А. Р. Араб)
Рассмотрим вместо прямой, содержащей хорошие числа, параллельную ей прямую, содержащую числа 1, 5, 13, 25... (назовём их отличными). Разность между соседними (по возрастанию) отличными числами определяется длиной половины витка спирали и каждый раз увеличивается на 4 (1 + 4 = 5, 5 + 8 = 13, 13 + 12 = 25...). Таким образом, n-е отличное число равно
Вернёмся к хорошим числам. Заметим, что они находятся на спирали рядом с отличными, поэтому отличаются от них на 2: 3 = 5 − 2, 15 = 13 + 2, 23 = 25 − 2, 43 = 41 +2 ... Значит, хорошее число с номером 2k на 2 больше, чем отличное с номером а хорошее число с номером 2k + 1, наоборот, на 2 меньше, чем отличное с номером 2k + 2. Суммарно получается, что сумма первых 2020 хороших чисел равна сумме отличных чисел с номерами от 2 до 2021, то есть
Докажем лемму:
Заметим сначала, что Теперь докажем исходное утверждение по индукции. База: подставляя
получаем
что верно. Переход: если уже известно, что
Получается, что искомая сумма равна
Ответ: 5503104180.

