다음은 21 이하의 서로 다른 4개의 자연수 a, b, c, d(a<b<c<d)에 대하여 2b=a+d를 만족시키는 모든 순서쌍 (a,b,c,d)의 개수를 구하는 과정이다.
세 자연수 a, b, d는 2b=a+d를 만족시키므로 이 순서대로 등차수열을 이룬다.
이 등차수열의 공차가 될 수 있는 가장 작은 값은 2, 가장 큰 값은 (가)이다.
이 등차수열의 공차를 k(2≤k≤(가))라 하면 a<a+k<c<a+2k이므로
c가 될 수 있는 모든 자연수의 개수는 k−1이고 a가 될 수 있는 모든 자연수의 개수는 (나)이다.
따라서 구하는 모든 순서쌍 (a,b,c,d)의 개수는
k=2∑(가){(k−1)×(나)}=(다) 위의 (가), (다)에 알맞은 수를 각각 p, q라 하고, (나)에 알맞은 식을 f(k)라 할 때, p+q+f(3)의 값은? [4점]