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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 6/8: a=3a=3 の場合
ざっくり言うと

強制された a+b=2n−1a+b=2^{n-1} によって、三つの方程式は二つの 22 のべきの差に帰着する。

a=3⟹(a,b,c)=(3,5,7)a=3\quad\Longrightarrow\quad(a,b,c)=(3,5,7)
詳しい解説

a=3a=3 では a+b=2n−1a+b=2^{n-1} から b=2n−1−3b=2^{n-1}-3 となる。3b−c=2m3b-c=2^m と 3c−b=2n3c-b=2^n を用いて cc を消去すると 2n=2m+82^n=2^m+8 を得る。m<3m<3 なら 2m2^m で割ったとき奇数が偶数に等しくなってしまうので、m≥3m\ge3 である。88 で割ると 2n−3−2m−3=12^{n-3}-2^{m-3}=1 だから、小さい方のべきは 11、従って m=3m=3、さらに n=4n=4 である。よって b=5b=5、c=(2n+b)/3=7c=(2^n+b)/3=7 となる。第三の値は bc−a=35−3=32=25bc-a=35-3=32=2^5 なので、(3,5,7)(3,5,7) は解である。