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第1問

正の整数の組 (a,b)(a,b) で、a3a^3 が b2b^2 の倍数であり、かつ b−1b-1 が a−1a-1 の倍数であるものをすべて求めよ。(整数 kk を用いて n=kmn=km と書けるとき、nn は mm の倍数であるという。)
ステップ 1/5: b<a の場合を簡約する
b<a, (a−1)∣(b−1), 0≤b−1<a−1 ⟹ b=1b<a,\ (a-1)\mid(b-1),\ 0\le b-1<a-1\ \Longrightarrow\ b=1
詳しい解説

a=1a=1 なら、倍数の定義から b−1=0b-1=0 であり、(a,b)=(1,1)(a,b)=(1,1) となる。以下 a>1a>1 とする。b<ab<a のとき 0≤b−1<a−10\le b-1<a-1 であり、a−1a-1 が b−1b-1 を割り切ることから、その範囲にある a−1a-1 の倍数は 00 のみなので b=1b=1 となる。任意の (a,1)(a,1) は両条件を満たす。実際 b2=1b^2=1 は a3a^3 を自明に割り切り、b−1=0b-1=0 は a−1a-1 の倍数である。