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 3/4: 第一の場合を解く
ざっくり言うと

方程式は一方の因子を nn から高々二つの差にする。

m+k=n⟹n=m(n−m)−1m+k=n\Longrightarrow n=m(n-m)-1
詳しい解説

k=n−mk=n-m とすれば n=m(n−m)−1n=m(n-m)-1 となる。対称性により m≥km\ge k としてよい。m=n−1m=n-1 は不適で、m=n−2m=n-2 なら n=5n=5、従って (m,n)=(2,5),(3,5)(m,n)=(2,5),(3,5)。m<n−2m<n-2 なら n−m≥3n-m\ge3、m≥n/2m\ge n/2 なので m(n−m)−1≥3n/2−1>nm(n-m)-1\ge3n/2-1>n となり不可能である。