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第2题

求所有满足 n≥2n\ge2 且 σ(n)p(n)−1=n,\frac{\sigma(n)}{p(n)-1}=n, 的整数 nn,其中 σ(n)\sigma(n) 表示 nn 的所有正因数之和,p(n)p(n) 表示 nn 的最大素因数。
第 1/3 步:用不同素因数个数 k 给出 p_k 的上界
pk−1=σ(n)n=∏i=1k(1+1pi+⋯+1piαi)<∏i=1kpipi−1≤∏i=1ki+1i=k+1p_k-1=\frac{\sigma(n)}{n}=\prod_{i=1}^{k}\left(1+\frac{1}{p_i}+\cdots+\frac{1}{p_i^{\alpha_i}}\right)<\prod_{i=1}^{k}\frac{p_i}{p_i-1}\le\prod_{i=1}^{k}\frac{i+1}{i}=k+1
详细分析

设 n=p1α1⋯pkαkn=p_1^{\alpha_1}\cdots p_k^{\alpha_k},其中 p1<⋯<pkp_1<\cdots<p_k,故 p(n)=pkp(n)=p_k。由 σ(n)\sigma(n) 的积性公式,每个因子 1+pi−1+⋯+pi−αi1+p_i^{-1}+\cdots+p_i^{-\alpha_i} 严格小于无穷等比级数和 pi/(pi−1)p_i/(p_i-1)。因 pi≥i+1p_i\ge i+1 且 t↦t/(t−1)t\mapsto t/(t-1) 单调递减,故 ∏i=1kpi/(pi−1)≤∏i=1k(i+1)/i=k+1\prod_{i=1}^k p_i/(p_i-1)\le\prod_{i=1}^k(i+1)/i=k+1,从而 pk−1<k+1p_k-1<k+1。