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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 5/6 步:关于a=p的代数恒等式
p2+pf(b)=(p+b)(f(b)+p−b)−b(f(b)−b) ⟹ p+b∣b(f(b)−b)p^2+pf(b)=(p+b)\big(f(b)+p-b\big)-b\big(f(b)-b\big)\ \Longrightarrow\ p+b\mid b\big(f(b)-b\big)
详细分析

对奇素数 pp 与任意正整数 bb,在原条件中取 a=pa=p:p+b∣p2+f(p)f(b)=p2+pf(b)p+b\mid p^2+f(p)f(b)=p^2+pf(b)(利用第4步的 f(p)=pf(p)=p)。展开所示恒等式右边可验证其等于 p2+pf(b)p^2+pf(b),故 p+bp+b 整除左边;由于 p+bp+b 显然整除 (p+b)(f(b)+p−b)(p+b)(f(b)+p-b),它也必须整除剩余项 b(f(b)−b)b(f(b)-b)。