由於 $k < l < m < n$ 為四個相異的正整數,我們分析 $k$ 的可能取值。
若 $k \ge 3$,則四數之和至少為 $3 + 4 + 5 + 6 = 18 > 16$(不合)。
若 $k \ge 2$,則有以下兩組解滿足 $k + l + m + n = 16$:
- **組 A**: $(2, 3, 4, 7)$
- **組 B**: $(2, 3, 5, 6)$
而當 $k = 1$ 時,存在多組解,例如 $(1, 2, 4, 9)$、$(1, 3, 5, 7)$ 等。
為了「保證 $k = 1$」,所加的條件必須能將 **組 A** 與 **組 B**(即所有 $k=2$ 的可能)排除。
我們逐一檢驗各選項之條件:
(1) 錯誤:在組 A $(2, 3, 4, 7)$ 中,$l=3$ 為奇數且 $m=4$ 為偶數,滿足此條件。因此此條件無法排除組 A,無法保證 $k=1$。
(2) 正確:若條件為 $l, m$ 皆為偶數。在組 A 與組 B 中, $l$ 皆為 $3$(奇數),不符合條件,因此這兩組皆被排除。而 $k=1$ 的解中存在符合條件的組,例如 $(1, 2, 4, 9)$(此處 $l=2, m=4$ 皆為偶數)。故此條件可保證 $k=1$。
(3) 正確:若四數為等差數列,設公差為 $d$($d$ 為正整數),則四數為 $k, k+d, k+2d, k+3d$。
其和為:
$$k + (k+d) + (k+2d) + (k+3d) = 16 \implies 4k + 6d = 16 \implies 2k + 3d = 8$$
因為 $k, d$ 皆為正整數,此方程式唯一的正整數解為 $d = 2, k = 1$。此時數列為 $(1, 3, 5, 7)$。故此條件可保證 $k=1$。
(4) 錯誤:在組 A $(2, 3, 4, 7)$ 中,$l=3$ 與 $n=7$ 皆為奇數,滿足條件,故無法排除組 A。
(5) 錯誤:在組 B $(2, 3, 5, 6)$ 中,$l=3$ 與 $m=5$ 皆為奇數,滿足條件,故無法排除組 B。
故正確選項為 $(2)(3)$。