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第2問

正の整数の三つ組 (a,b,c)(a,b,c) であって、ab−cab-c、bc−abc-a、ca−bca-b の三つの数がいずれも 22 のべき(22 のべきとは 2n2^n(nn は非負整数)の形の整数のこと)となるものをすべて求めよ。
ステップ 1/8: 対称性を使って変数を並べる
ざっくり言うと

a,b,ca,b,c を置換しても三つの式が置換されるだけなので、a≤b≤ca\le b\le c としてよい。

(a,b,c)↦(b,a,c) fixes {ab−c, bc−a, ca−b} as a set(a,b,c)\mapsto(b,a,c)\ \text{fixes}\ \{ab-c,\,bc-a,\,ca-b\}\ \text{as a set}
詳しい解説

任意の二変数を入れ替えても集合 {ab−c,bc−a,ca−b}\{ab-c,bc-a,ca-b\} が置換されるだけなので、条件は対称である。a≤b≤ca\le b\le c とし、ab−c=2mab-c=2^m、ac−b=2nac-b=2^n、bc−a=2pbc-a=2^p と書く。ab−c≤ac−b≤bc−aab-c\le ac-b\le bc-a はそれぞれ (a+1)(c−b)≥0(a+1)(c-b)\ge0 と (c+1)(b−a)≥0(c+1)(b-a)\ge0 から従うので、m≤n≤pm\le n\le p である。