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第2题

求所有正整数三元组 (a,b,c)(a,b,c),使得 ab−cab-c、bc−abc-a、ca−bca-b 这三个数都是 22 的幂(22 的幂是指形如 2n2^n 的整数,其中 nn 为非负整数)。
第 2/8 步:初步排除
通俗地说

最小变量不能为 11,而 a=b≥3a=b\ge3 与相邻的两个 22 的幂不相容。

a>1,a=b≥3 is impossiblea>1,\qquad a=b\ge3\ \text{is impossible}
详细分析

若 a=1a=1,则 ab−c=b−c≤0ab-c=b-c\le0,这与 ab−c=2m≥1ab-c=2^m\ge1 矛盾,所以 a>1a>1。由于 b≤cb\le c 且 a≥2a\ge2,还有 2n=ac−b≥(a−1)c≥22^n=ac-b\ge(a-1)c\ge2,所以 n≥1n\ge1。设 a=b≥3a=b\ge3。此时 ac−b=a(c−1)=2nac-b=a(c-1)=2^n,所以 aa 与 c−1c-1 都是 22 的幂;特别地,aa 为偶数而 cc 为奇数。因此 ab−c=a2−cab-c=a^2-c 为奇数,从而 a2−c=1a^2-c=1,于是 c+1=a2c+1=a^2 也是 22 的幂。但 c−1c-1 与 c+1c+1 是相差 22 的两个 22 的幂:写成 2r2^r 和 2s2^s 得 2r+2=2s2^r+2=2^s,这迫使 r=1r=1、c=3c=3。再由 a≤ca\le c 得 a=3a=3,与 aa 为偶数矛盾。因此只要 a≥3a\ge3 就有 a<ba<b。