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第1問

辺の長さが連続する3つの整数であり、ある1つの角が別の角のちょうど2倍になっている三角形が、ちょうど1つだけ存在することを証明せよ。
ステップ 5/6: b が最小の場合、三角形は (4,5,6) に確定する
ざっくり言うと

これが実際に三角形を生み出す場合である。わずか3つの候補からなる約数のリストで bb を絞り込み、そのうち2つを手作業で除外するのは、無限に続く整数の三つ組の族を探索する非常に効率的な方法である。

b=4, (a,c)=(6,5)  ⟹  (a,b,c)=(6,4,5)b=4,\ (a,c)=(6,5) \;\Longrightarrow\; (a,b,c)=(6,4,5)
詳しい解説

bb が3つの連続整数のうち最小であるとし、{a,c}={b+1,b+2}\{a,c\}=\{b+1,b+2\} が何らかの順序で成り立つとする。大きい方の隣接数 b+2b+2 が aa の役割を担う場合、b∣a2cb\mid a^2c は b∣(b+2)2b\mid(b+2)^2 となり、b∣(b+2)2−b2−4b=4b\mid(b+2)^2-b^2-4b=4 より b∈{1,2,4}b\in\{1,2,4\} を得る。b=1b=1(退化)と b=2b=2(a,c=3,4a,c=3,4 となるが恒等式を満たさない)を直接確認すると、残るのは b=4b=4 のみで、このとき a2c=b(a2+c2−b2)=180a^2c=b(a^2+c^2-b^2)=180 となり a=6a=6、c=5c=5、すなわち辺の長さ 4,5,64,5,6 の三角形が得られる。逆に b+2b+2 が cc の役割を担う場合、同様の議論 b∣b+2b\mid b+2 より b∈{1,2}b\in\{1,2\} となるが、これらはすでに除外済みであり、この場合分けから新たな解は得られない。