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第2問

a2+bb2−a\frac{a^2+b}{b^2-a} と b2+aa2−b\frac{b^2+a}{a^2-b} がともに整数となる正整数 a,ba,b をすべて求めよ。
ステップ 3/7: 二つの場合に絞る
b2+aa2−b∈Z>0  ⟹  b2+a≥a2−b  ⟹  (a−b)(a+b)≤a+b  ⟹  a−b≤1.\frac{b^2+a}{a^2-b}\in\mathbb Z_{>0}\implies b^2+a\ge a^2-b\implies (a-b)(a+b)\le a+b\implies a-b\le1.
詳しい解説

第二分母は正である。商は正の整数なので分子は分母以上である。得られた不等式を因数分解し a+b>0 を使うと a-b が 1 以下となる。