All about flooble | fun stuff | Get a free chatterbox | Free JavaScript | Avatars    
perplexus dot info

Home > Just Math
Adjacent Square Sum II (Posted on 2021-07-15) Difficulty: 3 of 5
The task in the problems Adjacent Square Sum is:

Arrange the numbers 1 to 15 inclusively in a straight line in such a way that any two adjacent numbers add up to a perfect square.

Suppose we are instead asked to arrange 1 to n instead.

(1) Show that this is not possible if 1<n<15.

(2) Show that there are solutions for n=16 and n=17.

(3) Find the next value of n>17 for which there is a solution.

No Solution Yet Submitted by Jer    
Rating: 5.0000 (2 votes)

Comments: ( Back to comment list | You must be logged in to post comments.)
Solution computer solution (spoiler) Comment 1 of 1
This program

clc, clearvars
    global src s n
for n=2:32

   src=[1:n];
   s=[];
   addon(1);
end

function addon(wh)
  global src s n
  for i=1:n
      if src(i)>0
        if wh==1  
            good=true;
        else
            sq=s(wh-1)+i;
            sr=round(sqrt(sq));
            if sr*sr==sq
                good=true;
            else
                good=false;
            end
        end
        if good
         s(wh)=i;
         src(i)=0;
         
         if wh==n && s(1)<s(end)
            fprintf('%2d    ',n) 
            fprintf('%2d ',s)
            fprintf('\n')
         else
            addon(wh+1) 
         end
         
         src(i)=i;
        end
      end
  end
end

uses recursion (calls itself) to build all the valid lists by trying each successive valid number that hasn't been used yet, for the next position. Each one it finds that works it then goes through the same procedure until all n have a value. It then backtracks to find the next valid value in the position before, etc. 

It finds that the first n that works is 15 and shows the solutions for 15, 16, 17, 23, 25, ... 32. After skipping 24, it resumes with n = 25, with 10 non-trivial solutions, and the number of solutions seems to balloon after that. OEIS A090461 assures us that every n >= 25 is in the sequence of values of n, and A090460 shows us the ballooning, as the number of essentially different sequences is, starting with the one for 15: 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0, 10, 12, 35, 52, 19, 20, 349, 361, 637, 3678, 15237, 11875, 13306, 10964, 27223, 37054, 201408, 510152, 1995949, 4867214, 11255174, 35705858, 63029611, 129860749, 258247089, 190294696, 686125836, 2195910738, ... .

 n       sequence
15     8  1 15 10  6  3 13 12  4  5 11 14  2  7  9 
16     8  1 15 10  6  3 13 12  4  5 11 14  2  7  9 16 
17    16  9  7  2 14 11  5  4 12 13  3  6 10 15  1  8 17 
23     2 23 13 12  4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 22 14 11  5 20 16  9  7 18 
23     9 16 20  5 11 14 22  3  1  8 17 19  6 10 15 21  4 12 13 23  2  7 18 
23    18  7  9 16 20  5 11 14  2 23 13 12  4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 22 
25     2 23 13 12 24 25 11 14 22  3  1  8 17 19  6 10 15 21  4  5 20 16  9  7 18 
25     3 22 14  2 23 13 12  4 21 15 10  6 19 17  8  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
25     4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 22 14  2 23 13 12 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
25     8 17 19  6 10 15 21  4 12 13 23  2 14 22  3  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
25     9 16 20  5  4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 22 14 11 25 24 12 13 23  2  7 18 
25    10 15 21  4 12 13 23  2 14 22  3  6 19 17  8  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
25    11 25 24 12 13 23  2 14 22  3  1  8 17 19  6 10 15 21  4  5 20 16  9  7 18 
25    13 23  2 14 22  3  1  8 17 19  6 10 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
25    18  7  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6 10 15 21  4 12 13  3 22 14  2 23 
25    18  7  9 16 20  5 11 25 24 12  4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 13 23  2 14 22 
Then the numbers of solutions start to balloon:
26     2 14 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26     4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2 14 22  3 13 12 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26     8 17 19  6 10 26 23  2 14 22  3 13 12  4 21 15  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26     9 16 20  5 11 25 24 12  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23 13  3 22 14  2  7 18 
26    11 25 24 12 13  3 22 14  2 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4  5 20 16  9  7 18 
26    13  3 22 14  2 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26    13 12  4 21 15 10 26 23  2 14 22  3  6 19 17  8  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26    15 21  4 12 13  3 22 14  2 23 26 10  6 19 17  8  1 24 25 11  5 20 16  9  7 18 
26    18  7  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2 14 11 25 24 12 13  3 22 
26    18  7  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23  2 14 22 
26    18  7  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 22 14  2 23 13 12  4 21 15 10 26 
26    18  7  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6 10 15 21  4 12 13  3 22 14  2 23 26 
27     1  8 17 19  6  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 15 10 26 23  2  7 18 
27     1  8 17 19  6  3 13 23 26 10 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27     1  8 17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 21 15 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
27     3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
27     3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27     3 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
27     5 20 16  9 27 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11 14  2  7 18 
27     5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23  2  7 18 
27     6 19 17  8  1  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 15 10 26 23  2  7 18 
27     6 19 17  8  1  3 13 23 26 10 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27     6 19 17  8  1  3 22 27  9 16 20  5  4 21 15 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
27     8 17 19  6 10 26 23 13  3  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27    10 26 23 13  3  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27    12  4 21 15 10 26 23 13  3  6 19 17  8  1 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
27    12 13  3  6 19 17  8  1 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 15 10 26 23  2  7 18 
27    12 13 23 26 10 15 21  4  5 20 16  9 27 22  3  6 19 17  8  1 24 25 11 14  2  7 18 
27    14 11 25 24 12 13  3 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
27    14 22 27  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23  2  7 18 
27    15 21  4  5 20 16  9 27 22  3  1  8 17 19  6 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
27    15 21  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24 12 13  3  1  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
27    16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2 14 11 25 24 12 13  3 22 27  9  7 18 
27    16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9  7 18 
27    18  7  2 14 11  5 20 16  9 27 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 
27    18  7  2 14 11 25 24  1  8 17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 12 13 23 26 10 15 21 
27    18  7  2 14 11 25 24 12  4  5 20 16  9 27 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21 
27    18  7  2 14 11 25 24 12 13  3 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23 
27    18  7  2 14 11 25 24 12 13 23 26 10  6  3 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19 
27    18  7  2 14 11 25 24 12 13 23 26 10 15  1  8 17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 21 
27    18  7  2 14 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 
27    18  7  2 14 22 27  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23 
27    18  7  2 14 22 27  9 16 20  5 11 25 24 12  4 21 15 10  6 19 17  8  1  3 13 23 26 
27    18  7  2 23 26 10  6  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19 
27    18  7  2 23 26 10 15  1  8 17 19  6  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 
27    18  7  9 16 20  5  4 21 15  1  8 17 19  6 10 26 23  2 14 11 25 24 12 13  3 22 27 
27    18  7  9 16 20  5 11 25 24  1  8 17 19  6  3 13 12  4 21 15 10 26 23  2 14 22 27 
28     1 15 10 26 23 13  3  6 19 17  8 28 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28     1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23 13  3 22 27  9 16 20  5  4 12 24 25 11 14  2  7 18 
28     1 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 12 13  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2  7 18 
28     3  6 19 17  8 28 21  4 12 13 23 26 10 15  1 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28     3 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
28     3 22 27  9 16 20  5  4 12 13 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11 14  2  7 18 
28     4  5 20 16  9 27 22  3  1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
28     4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24 12 13  3  1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
28     4 12 13 23 26 10 15 21 28  8 17 19  6  3  1 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28     4 21 28  8 17 19  6  3  1 15 10 26 23 13 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28     5 20 16  9 27 22  3  6 19 17  8 28 21  4 12 13 23 26 10 15  1 24 25 11 14  2  7 18 
28     6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22  3  1 15 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
28     6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24 12 13  3  1 15 10 26 23  2  7 18 
28     6 19 17  8 28 21 15 10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22  3  1 24 25 11 14  2  7 18 
28    10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22  3  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11 14  2  7 18 
28    11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    11 25 24 12 13 23 26 10 15  1  3  6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    12  4  5 20 16  9 27 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11 14  2  7 18 
28    12  4 21 28  8 17 19  6  3 13 23 26 10 15  1 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    12 13  3  6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1 15 10 26 23  2  7 18 
28    13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2  7 18 
28    13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8 17 19  6  3  1 15 10 26 23  2  7 18 
28    13 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1  3 22 27  9 16 20  5  4 12 24 25 11 14  2  7 18 
28    13 23 26 10 15  1  3  6 19 17  8 28 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    15  1  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2  7 18 
28    15  1  3 13 23 26 10  6 19 17  8 28 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    15  1  3 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8 17 19  6 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
28    15 10 26 23 13 12  4 21 28  8 17 19  6  3  1 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    15 21 28  8 17 19  6 10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22  3  1 24 25 11 14  2  7 18 
28    17 19  6  3 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1  8 28 21 15 10 26 23  2  7 18 
28    17 19  6  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8  1 15 10 26 23  2  7 18 
28    17 19  6  3 13 23 26 10 15  1  8 28 21  4 12 24 25 11  5 20 16  9 27 22 14  2  7 18 
28    17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 12 13 23 26 10 15 21 28  8  1 24 25 11 14  2  7 18 
28    17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8  1 15 10 26 23 13 12 24 25 11 14  2  7 18 
28    18  7  2 14 11  5 20 16  9 27 22  3  6 19 17  8 28 21  4 12 13 23 26 10 15  1 24 25 
28    18  7  2 14 11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22 
28    18  7  2 14 11 25 24  1  8 17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 12 13 23 26 10 15 21 28 
28    18  7  2 14 11 25 24  1 15 10 26 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22  3  6 19 17  8 28 21 
28    18  7  2 14 11 25 24 12  4  5 20 16  9 27 22  3 13 23 26 10  6 19 17  8  1 15 21 28 
28    18  7  2 14 11 25 24 12 13 23 26 10 15  1  3  6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22 
28    18  7  2 14 11 25 24 12 13 23 26 10 15  1  8 17 19  6  3 22 27  9 16 20  5  4 21 28 
28    18  7  2 14 22  3  6 19 17  8 28 21  4 12 13 23 26 10 15  1 24 25 11  5 20 16  9 27 
28    18  7  2 14 22 27  9 16 20  5 11 25 24 12  4 21 15  1  3 13 23 26 10  6 19 17  8 28 
28    18  7  2 14 22 27  9 16 20  5 11 25 24 12  4 21 28  8 17 19  6 10 15  1  3 13 23 26 
28    18  7  2 23 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 
28    18  7  2 23 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 28  8 17 19  6  3  1 15 10 26 
28    18  7  2 23 26 10  6  3 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19 
28    18  7  2 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1  3 13 12  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 24 
28    18  7  2 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11 14 22  3 13 12  4  5 20 16  9 27 
28    18  7  2 23 26 10 15  1  8 17 19  6  3 13 12 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 21 28 
28    18  7  2 23 26 10 15  1 24 12 13  3  6 19 17  8 28 21  4  5 20 16  9 27 22 14 11 25 
28    18  7  2 23 26 10 15  1 24 25 11 14 22 27  9 16 20  5  4 12 13  3  6 19 17  8 28 21 
29     1 24 25 11  5  4 12 13  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29     3 13 12  4  5 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29     4  5 11 25 24 12 13  3  1 15 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29     6 19 17  8 28 21  4  5 11 25 24 12 13  3  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    12 13  3  6 19 17  8 28 21  4  5 11 25 24  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    13 12  4  5 11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19  6  3  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    14  2 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11  5  4 12 13  3 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    15  1  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    17 19  6  3 13 12  4  5 11 25 24  1  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    17 19  6  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
29    18  7 29 20 16  9 27 22  3 13 12  4  5 11 14  2 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1 24 25 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 13 12  4  5 11 25 24  1  3  6 19 17  8 28 21 15 10 26 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19  6  3  1 15 10 26 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10  6  3 13 12  4  5 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10  6 19 17  8 28 21 15  1  3 13 12  4  5 11 25 24 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1  8 17 19  6  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1 24 12 13  3  6 19 17  8 28 21  4  5 11 25 
29    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1 24 25 11  5  4 12 13  3  6 19 17  8 28 21 
30     1 24 25 11  5  4 12 13  3  6 30 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30     3 13 12  4  5 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19 30  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30     4  5 11 25 24 12 13  3  1 15 21 28  8 17 19 30  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30     6 30 19 17  8 28 21  4  5 11 25 24 12 13  3  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    12 13  3  6 30 19 17  8 28 21  4  5 11 25 24  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    13 12  4  5 11 25 24  1  3  6 30 19 17  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19 30  6  3  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    14  2 23 26 10  6 30 19 17  8 28 21 15  1 24 25 11  5  4 12 13  3 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    15  1  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19 30  6 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    17 19 30  6  3 13 12  4  5 11 25 24  1  8 28 21 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    17 19 30  6  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8  1 15 10 26 23  2 14 22 27  9 16 20 29  7 18 
30    18  7 29 20 16  9 27 22  3 13 12  4  5 11 14  2 23 26 10  6 30 19 17  8 28 21 15  1 24 25 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 13 12  4  5 11 25 24  1  3  6 30 19 17  8 28 21 15 10 26 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19 30  6  3  1 15 10 26 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10  6  3 13 12  4  5 11 25 24  1 15 21 28  8 17 19 30 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10  6 30 19 17  8 28 21 15  1  3 13 12  4  5 11 25 24 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28  8 17 19  6 30 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1  8 17 19 30  6  3 13 12 24 25 11  5  4 21 28 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1 24 12 13  3  6 30 19 17  8 28 21  4  5 11 25 
30    18  7 29 20 16  9 27 22 14  2 23 26 10 15  1 24 25 11  5  4 12 13  3  6 30 19 17  8 28 21 

Then 349 solutions are shown for n=31 and  361 for n=32.

The reverse of each solution is of course also a solution, but only the solutions where the first number is lower than the last number are shown, for brevity's sake.

So part (3) has the answer 23.

  Posted by Charlie on 2021-07-15 12:07:01
Please log in:
Login:
Password:
Remember me:
Sign up! | Forgot password


Search:
Search body:
Forums (0)
Newest Problems
Random Problem
FAQ | About This Site
Site Statistics
New Comments (0)
Unsolved Problems
Top Rated Problems
This month's top
Most Commented On

Chatterbox:
Copyright © 2002 - 2024 by Animus Pactum Consulting. All rights reserved. Privacy Information