设 n=2k+1(k≥1)。定义集合族如下:
对 i=1,2,…,k,令 Ai={i,i+1,…,k};
令 Ak+1={k,k+1};
对 j=2,3,…,k+1,令 Ak+j={k+1,k+2,…,k+j−1}。
逐一验证对称差条件。分五种情况讨论 1≤i<j≤2k+1:
(1)1≤i<j≤k:Ai∖Aj={i,i+1,…,j−1},Aj∖Ai=∅,故 ∣AiΔAj∣=j−i。
(2)1≤i≤k,j=k+1:Ai={i,…,k},Ak+1={k,k+1}。Ai∖Ak+1={i,…,k−1}(共 k−i 个),Ak+1∖Ai={k+1}(共 1 个),故 ∣AiΔAk+1∣=k−i+1=(k+1)−i。
(3)1≤i≤k,j=k+m(m≥2):Ai={i,…,k},Ak+m={k+1,…,k+m−1}。两者不相交,故 ∣AiΔAk+m∣=(k−i+1)+(m−1)=k+m−i=j−i。
(4)i=k+1,j=k+m(m≥2):Ak+1={k,k+1},Ak+m={k+1,…,k+m−1}。Ak+1∖Ak+m={k},Ak+m∖Ak+1={k+2,…,k+m−1}(共 m−2 个),故 ∣Ak+1ΔAk+m∣=1+(m−2)=m−1=j−i。
(5)k+2≤i<j≤2k+1:设 i=k+a,j=k+b(2≤a<b≤k+1)。Ai={k+1,…,k+a−1},Aj={k+1,…,k+b−1}。Ai⊂Aj,Aj∖Ai={k+a,…,k+b−1}(共 b−a 个),故 ∣AiΔAj∣=b−a=j−i。
i=j 时显然成立;i>j 时由对称差对称性归为 i<j 情形。因此对所有 i,j 均有 ∣AiΔAj∣=∣i−j∣。
计算总和:∣Ai∣=k−i+1(i=1,…,k),∣Ak+1∣=2,∣Ak+j∣=j−1(j=2,…,k+1)。
S2k+1=∑i=1k(k−i+1)+2+∑j=2k+1(j−1)=2k(k+1)+2+2k(k+1)=k(k+1)+2.