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第1問

Z+\mathbb{Z}^+ を正整数全体の集合とする。すべての正整数 aa, bb に対して a2+f(a)f(b)a^2+f(a)f(b) が f(a)+bf(a)+b で割り切れるような関数 f:Z+→Z+f:\mathbb{Z}^+\to\mathbb{Z}^+ をすべて求めよ。
ステップ 3/6: 上限のためb=1を代入する
f(a)+1∣a2−1 ⟹ f(a)≤a2−2 for a≥2f(a)+1\mid a^2-1 \ \Longrightarrow\ f(a)\le a^2-2\ \text{for}\ a\ge2
詳しい解説

b=1b=1 とすると f(a)+1∣a2+f(a)f(a)+1\mid a^2+f(a) を得る。a2+f(a)=(a2−1)+(f(a)+1)a^2+f(a)=\big(a^2-1\big)+\big(f(a)+1\big) なので、これは f(a)+1∣a2−1f(a)+1\mid a^2-1 と同値である。a≥2a\ge2 のとき a2−1≥3>0a^2-1\ge3>0 なので、約数 f(a)+1f(a)+1 は a2−1a^2-1 以下となり、f(a)≤a2−2f(a)\le a^2-2 を得る。