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第1题

设 Z+\mathbb{Z}^+ 为正整数集合。求所有函数 f:Z+→Z+f:\mathbb{Z}^+\to\mathbb{Z}^+,使得对任意正整数 aa、bb,a2+f(a)f(b)a^2+f(a)f(b) 都能被 f(a)+bf(a)+b 整除。
第 4/6 步:确定奇素数处的取值
2f(p)∣p2+f(p)f(f(p)) ⟹ f(p)∣p2 ⟹ f(p)=p for every odd prime p2f(p)\mid p^2+f(p)f(f(p))\ \Longrightarrow\ f(p)\mid p^2\ \Longrightarrow\ f(p)=p\ \text{for every odd prime}\ p
详细分析

对奇素数 pp,取 a=pa=p、b=f(p)b=f(p):条件变为 f(p)+f(p)∣p2+f(p)f(f(p))f(p)+f(p)\mid p^2+f(p)f(f(p)),即 2f(p)∣p2+f(p)f(f(p))2f(p)\mid p^2+f(p)f(f(p))。因 f(p)∣f(p)f(f(p))f(p)\mid f(p)f(f(p)),故也有 f(p)∣p2+f(p)f(f(p))f(p)\mid p^2+f(p)f(f(p)),从而 f(p)∣p2f(p)\mid p^2。由于 pp 为素数,f(p)∈{1,p,p2}f(p)\in\{1,p,p^2\};第2步排除 11(因 f(p)≥p>1f(p)\ge p>1),第3步排除 p2p^2(因 f(p)≤p2−2f(p)\le p^2-2)。故 f(p)=pf(p)=p。