Esta respuesta supone $a_x = a_y$ está permitido (es decir, la redacción original del PO).
HINT
Dejemos que $m$ sea el elemento máximo en $S$ . Entonces hay $500$ números seleccionados entre $A = \{1, 2, \dots, m-1\}$ .
Ahora partición $A$ correctamente y aplicar el principio de encasillamiento.
Si $m<1000$ se puede hacer de inmediato con la partición correcta. Para $m=1000$ necesita un poco más de trabajo, pero no mucho.
PISTA #2 (actualización 25/9/2019)
Considere $m=999$ , por lo que hay $500$ números seleccionados de $A = \{1, \dots, 998\}$ . Es necesario hacer una partición $A$ en $499$ subconjuntos, cada uno de ellos de tamaño $2$ . Entonces, el encasillamiento diría que hay un subconjunto en el que se seleccionan ambos números. Si se hace la partición correctamente, se puede encontrar inmediatamente $a_x, a_y, a_z$ s.t. $a_x + a_y = a_z$ .
¿Puedes terminar desde aquí, o necesitas más pistas?