Halla todas las sucesiones de $n$ números naturales consecutivos $a_1,a_2,\ldots,a_n$, con $n\geq 3$, tales que
\[a_1+a_2+\ldots+a_n=2009.\]
Solución. Si los números son consecutivos, podemos escribir $a_2=a_1+1$, $a_3=a_1+2$,... y así sucesivamente. Esto nos dice que $a_{k}=a_1+k-1$ y, por tanto,
\[a_1+\ldots+a_n=a_1+1+a_1+2+\ldots+a_1+(n-1)=na_1+\frac{(n-1)n}{2},\]
donde hemos usado la fórmula $1+2+\ldots+k=\frac{k(k+1)}{2}$ de la suma de los primeros $k$ naturales para $k=n-1$. Esto nos dice que la condición del enunciado se traduce en
\[na_1+\frac{(n-1)n}{2}=2009\ \Leftrightarrow\ n(2a_1+n-1)=4018.\]
De esta forma, $n$ tiene que ser un divisor mayor o igual que $3$ de $4018$ y $2a_1+n-1$ su divisor complementario. Los divisores positivos de $4018=2\cdot 7^2\cdot 41$ pueden calcularse fácilmente y son
\[{1, 2, 7, 14, 41, 49, 82, 98, 287, 574, 2009, 4018}\]
Como $2a_1+n-1\gt n$, realmente $n$ tiene que ser menor que $\sqrt{4018}\lt 64$, por lo que de los divisores sólo nos quedamos con cuatro casos:
- $n=7$ y $2a_1+n-1=574$ nos da $a_1=284$ y la sucesión
\[\{284,285,286,\ldots,290\}.\]
- $n=14$ y $2a_1+n-1=287$ nos da $a_1=137$ y la sucesión
\[\{137,138,139,\ldots,150\}.\]
- $n=41$ y $2a_1+n-1=98$ nos da $a_1=29$ y la sucesión
\[\{29,30,31,\ldots,69\}.\]
- $n=49$ y $2a_1+n-1=82$ nos da $a_1=17$ y la sucesión
\[\{17,18,19,\ldots,65\}.\]
Estas son las únicas cuatro sucesiones de naturales consecutivos que suman $2009$.