Вопрос с памятью не понятен, я бы решил, что это о выделяемой памяти через new. хотя может и стековые переменные. код программы в такой обьем не влезет.

от 0 до 32767 чисел. от 1 до 32768 значений.
2Кб на память, 2 кб на массив битов.

Вообще можно не ограничиваться 32К значений. а проходить по 16К (-> 2кб), хоть до 4Гб.
* тогда в первый раз разделить 4Гб на, скажем 512 частей (32 байта по 1 биту на часть. наличие цифр из этого диапазона).
каждую часть разделив еще на 512 получим наши 16кб.
правда файл может быть прочитан(от начала до конца) невероятное число раз.
в случае с 0 до 32767 значений — максимум 4 раза.
в случае с 1 до 32768 значений — максимум 5 раз.

Для 4Гб задачка на мой взгляд интересней, решение универсальней. (хотя да, лишние 2 чтения)