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第4問

有理数 rr が「powerful」であるとは、互いに素な正整数 p,qp,q とある整数 k>1k>1 に対して rr が pkq\dfrac{p^k}{q} の形に表せることをいう。a,b,ca,b,c を abc=1abc=1 を満たす正の有理数とする。ある正整数 x,y,zx,y,z に対して ax+by+cza^x+b^y+c^z が整数になると仮定する。a,b,ca,b,c がすべて powerful であることを証明せよ。
ステップ 4/5: 等式 nz=m(y+z)nz=m(y+z) を強制する
nz<m(y+z)  ⟹  pnz∥(sum), nz<nz+my  ⟹  contradiction  ⟹  nz=m(y+z)nz<m(y+z) \implies p^{nz}\Vert(\text{sum}),\ nz<nz+my \implies \text{contradiction} \implies nz=m(y+z)
詳しい解説

元の整除性からはさらに pnz+myp^{nz+my} が和 a1za2y+zb1x+b1x+zb2y+za_1^za_2^{y+z}b_1^x+b_1^{x+z}b_2^{y+z} を割り切ることが分かる。nz<m(y+z)nz<m(y+z) が厳密に成り立つなら、この和の二項の pp 進付値はそれぞれ nznz と m(y+z)m(y+z) であり nznz の方が厳密に小さいので、和の付値はちょうど nznz となり、m>0m>0 より nz+mynz+my より小さくなって矛盾する。したがって nz=m(y+z)nz=m(y+z) である。