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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 6/6: 無限個の約数が値を強制する
b(f(b)−b)=0 ⟹ f(b)=b for every b∈Z+b\big(f(b)-b\big)=0\ \Longrightarrow\ f(b)=b\ \text{for every}\ b\in\mathbb Z^+
詳しい解説

bb を固定すると、ステップ5よりすべての奇素数 pp に対して p+bp+b は固定された整数 b(f(b)−b)b(f(b)-b) を割り切る。p+bp+b はいくらでも大きくできる一方 b(f(b)−b)b(f(b)-b) は pp に依存せず、零でない整数の約数は有限個しかないので、これは b(f(b)−b)=0b(f(b)-b)=0 を強制する。b>0b>0 なので f(b)=bf(b)=b である。これはすべての正整数 bb について成り立つので、すべての nn について f(n)=nf(n)=n であり、この関数は f(a)+b=a+bf(a)+b=a+b が a2+ab=a(a+b)a^2+ab=a(a+b) を割り切ることから明らかに元の条件を満たす。