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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 6/6 步:无穷多个因子迫使取值
b(f(b)−b)=0 ⟹ f(b)=b for every b∈Z+b\big(f(b)-b\big)=0\ \Longrightarrow\ f(b)=b\ \text{for every}\ b\in\mathbb Z^+
详细分析

固定 bb,由第5步知对每个奇素数 pp,p+bp+b 都整除固定整数 b(f(b)−b)b(f(b)-b)。由于 p+bp+b 可以任意大而 b(f(b)−b)b(f(b)-b) 不依赖于 pp,且非零整数只有有限个因子,这迫使 b(f(b)−b)=0b(f(b)-b)=0。因 b>0b>0,故 f(b)=bf(b)=b。这对每个正整数 bb 都成立,因此 f(n)=nf(n)=n 对所有 nn 成立,且该函数显然满足原条件,因为 f(a)+b=a+bf(a)+b=a+b 整除 a2+ab=a(a+b)a^2+ab=a(a+b)。