Предлагаю задачу попроще:

Ну, это сильно проще: можно взять

Но если добавить условие

, будет в самый раз.
Да, действительно, спасибо!
Проверил для

- верно
Верно для всех

. Ибо один из символов Лежандра

,

и

обязательно равен единице.
Понял, я не думал, что это решается из других соображений.
Тогда надо спрашивать прямо: а что вообще известно о распределении значений

? Поверхностный обзор старых учебников ничего не дал. Т.е. оно должно быть в целом равномерным, но насколько? Можно было пытаться получить решение исходной через это распределение.
Хотя последняя ссылка все надежды убивает на корню.