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第1题

对任意由四个互不相同的正整数组成的集合 A={a1,a2,a3,a4}A=\{a_1,a_2,a_3,a_4\},记和 a1+a2+a3+a4a_1+a_2+a_3+a_4 为 sAs_A。设 nAn_A 为满足 1≤i<j≤41\le i<j\le4 且 ai+aja_i+a_j 整除 sAs_A 的数对 (i,j)(i,j) 的个数。求所有使 nAn_A 取到最大可能值的四个互不相同正整数组成的集合 AA。
第 5/5 步:解出两种情形并验证
通俗地说

每一对可行的 (n,m) 都把四个数确定为 sA 的固定分数,得到的两种模式确实都能使 nA=4。

A={k,5k,7k,11k} or A={k,11k,19k,29k}A=\{k,5k,7k,11k\}\ \text{or}\ A=\{k,11k,19k,29k\}
详细分析

当 (n,m)=(3,4)(n,m)=(3,4) 时,解线性方程组得到 a1=sA24, a2=5sA24, a3=7sA24, a4=11sA24a_1=\dfrac{s_A}{24},\ a_2=\dfrac{5s_A}{24},\ a_3=\dfrac{7s_A}{24},\ a_4=\dfrac{11s_A}{24},即对正整数 kk 有 A={k,5k,7k,11k}A=\{k,5k,7k,11k\}(此时 sA=24ks_A=24k)。当 (n,m)=(3,5)(n,m)=(3,5) 时得到 a1=sA60, a2=11sA60, a3=19sA60, a4=29sA60a_1=\dfrac{s_A}{60},\ a_2=\dfrac{11s_A}{60},\ a_3=\dfrac{19s_A}{60},\ a_4=\dfrac{29s_A}{60},即 A={k,11k,19k,29k}A=\{k,11k,19k,29k\}(此时 sA=60ks_A=60k)。在这两族中都可以直接验证 a1+a4=a2+a3=sA/2a_1+a_4=a_2+a_3=s_A/2,且 a1+a3,a1+a2a_1+a_3,a_1+a_2 整除 sAs_A,而 a2+a4,a3+a4a_2+a_4,a_3+a_4 严格介于 sA/2s_A/2 与 sAs_A 之间,故 nA=4n_A=4;这正是取到最大值的集合。