MathLabs

第4問

n3+1mn−1\frac{n^3+1}{mn-1} が整数となる正整数の順序対 (m,n)(m,n) をすべて求めよ。
ステップ 2/4: 補助因子を評価する
ざっくり言うと

和が少なくとも 3n3n なら積が大きくなりすぎる。

m+k=n or m+k=2nm+k=n\text{ or }m+k=2n
詳しい解説

n>3n>3 と仮定する。m+k≥3nm+k\ge3n なら m,km,k の一方は少なくとも n+2n+2、もう一方は少なくとも 11 なので、(mn−1)(kn−1)≥(n2+2n−1)(n−1)>n3+1(mn-1)(kn-1)\ge(n^2+2n-1)(n-1)>n^3+1 となり矛盾する。nn は m+km+k を割るから、残る可能性は m+k=nm+k=n または m+k=2nm+k=2n だけである。