MathLabs

第1問

各実数 r>2r>2 に対して、方程式 x2=r⌊x⌋x^2=r\lfloor x\rfloor を満たす正の実数 xx がちょうど2個または3個存在することを証明せよ。(ここで ⌊x⌋\lfloor x\rfloor は xx 以下の最大の整数を表す。)
ステップ 2/4: 解は多くとも3個
r−3<k≤r ⇒ at most 3 values of kr-3<k\le r\ \Rightarrow\ \text{at most 3 values of } k
詳しい解説

k2≤rkk^2\le rk を kk で割ると k≤rk\le r を得る。k≥1k\ge1 より 2k+1≤3k2k+1\le3k なので、rk<(k+1)2=k2+2k+1≤k2+3krk<(k+1)^2=k^2+2k+1\le k^2+3k から r<k+3r<k+3 を得る。よって有効な kk はすべて半開区間 (r−3,r](r-3,r] に属し、この区間はちょうど3個の整数を含むので、kk の可能な値は多くとも3個である;x=rkx=\sqrt{rk} は kk について狭義単調増加なので、異なる有効な kk は異なる xx を与え、正の解 xx は多くとも3個である。