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第4题

求所有正整数有序对 (m,n)(m,n),使得 n3+1mn−1\frac{n^3+1}{mn-1} 为整数。
第 3/4 步:处理第一种情形
通俗地说

方程迫使一个因子至多比 nn 小两。

m+k=n⟹n=m(n−m)−1m+k=n\Longrightarrow n=m(n-m)-1
详细分析

令 k=n−mk=n-m,恒等式变为 n=m(n−m)−1n=m(n-m)-1。由对称性可设 m≥km\ge k。m=n−1m=n-1 不成立;若 m=n−2m=n-2,则 n=5n=5,得到 (m,n)=(2,5),(3,5)(m,n)=(2,5),(3,5)。若 m<n−2m<n-2,则 n−m≥3n-m\ge3 且 m≥n/2m\ge n/2,所以 m(n−m)−1≥3n/2−1>nm(n-m)-1\ge3n/2-1>n,不可能。