Question Number 22635 by Rasheed.Sindhi last updated on 21/Oct/17
$$\mathrm{For}\:\mathrm{each}\:\mathrm{positive}\:\mathrm{integer}\:\mathrm{n},\:\mathrm{define} \\ $$$$\mathrm{a}_{\mathrm{n}} =\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} ,\mathrm{and}\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} =\mathrm{gcd}\left(\mathrm{a}_{\mathrm{n}} ,\mathrm{a}_{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \right). \\ $$$$\mathrm{Find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{set}\:\mathrm{of}\:\mathrm{all}\:\mathrm{values}\:\mathrm{that}\:\mathrm{are} \\ $$$$\mathrm{taken}\:\mathrm{by}\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} . \\ $$$$ \\ $$
Answered by Rasheed.Sindhi last updated on 21/Oct/17
$$\mathrm{a}_{\mathrm{n}} =\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} ,\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} =\mathrm{gcd}\left(\mathrm{a}_{\mathrm{n}} ,\mathrm{a}_{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \right) \\ $$$$−−−−−−−−−−−−− \\ $$$$\because\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} =\mathrm{gcd}\left(\mathrm{a}_{\mathrm{n}} ,\mathrm{a}_{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\therefore\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \:\mid\:\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:\wedge\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \:\mid\:\mathrm{20}+\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\therefore\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \:\mid\:\left\{\mathrm{20}+\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} \right\}−\left(\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \:\mid\:\mathrm{4}\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\Rightarrow\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \mid\:\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)……..\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\mathrm{Now},\:\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} =\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{21} \\ $$$$\mathrm{So}\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \:\mid\:\mathrm{20}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \Rightarrow\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \mid\:\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{21}….\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\:\left(\mathrm{i}\right)\&\left(\mathrm{ii}\right):\:\mathrm{d}_{\mathrm{n}} \mid\:\mathrm{21}\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\therefore\mathrm{The}\:\mathrm{required}\:\mathrm{set}\:\mathrm{is}\left\{\mathrm{1},\mathrm{3},\mathrm{7},\mathrm{21}\right\} \\ $$$$\left(\mathrm{Method}\:\mathrm{of}\:\mathrm{proof}\:\mathrm{used}\:\mathrm{by}\:\mathrm{Mr}\:\mathrm{Tinkutara}\:\mathrm{in}\right. \\ $$$$\left.\mathrm{answer}\:\mathrm{of}\:\mathrm{Q}#\:\mathrm{22379}\right) \\ $$$$ \\ $$