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問題1311
http://www.geocities.jp/sugakumura/mondai/mon16/ より Orz〜
a^b=b^aとなる正整数(a,b)の組を全て求めよ。
解答
これは以前出た問題ですね。。。^^;
under consideration...
a^b=b^a
・a=b のときはすべての正整数が満たす。
・a<b のとき、
b=a^k
a^(a^k)=(a^k)^a
a^(a^k)=a^(ka)
a^k=ka
a(a^(k-1)-k)=0
a^(k-1)=k
k=a^m
a^(a^m-1)=a^m
a^m-1=m
a^m=m+1
a=2 のとき、2^m=m+1 を満たすためには、m=1 しかない。
a?3 のとき、3^m=m+1 を満たすものはない。
a=2,m=1 のとき、k=2
b=2^2=4
つまり、2^4=4^2=16
結局、(a,b)=(m,m),(2,4),(4,2)
上記サイトより Orz〜
解答1(中学生でも理解できる解答)
まず、a=bの時は明らかに成り立つ。
a≠bの時、a<bとして考える。
b/a=b'/a' かつ a',b'の最大公約数が1となるようにa',b'(b'≧2)をとると、
a=ca',b=cb' (cは正整数,c≧2)
と置ける。
ここで、b'/a'=b/a=cb'-a'なので、
b'/a'は整数。
すなわちa'=1
よって、b'=cb'-1
c=2の時
b'=2の時成り立つ。
b'=3の時b'<cb'-1
c≧3の時b'<cb'-1
b'=kの時b'<cb'-1とすると
k+1≦2k<2・ck-1≦ckとなり、
b'=k+1の時もb'<cb'-1となる。
よって、(a',b',c)=(1,2,2)のみ成り立つ。
すなわち、(a,b)=(2,4) (これは条件を満たす)
a>bの時は(a,b)=(4,2)
よって、答は
(a,b)=(2,4),(4,2),(n,n)(nは自然数)
解答2:かつをのあにさんのもの Orz〜
?a=bの場合
全ての正の整数があてはまる。
?a≠bの場合
a<bと仮定する。
両辺は正なので対数を取ると
bloga=alogb
∴loga/a=logb/b
ここでY=logX/Xの関数について考える。
両辺微分して
Y'=(1-logx)/x2
となり、増減表を考えると
X| 0 1 e ∞
Y| + 0 + 1/e -
となる。従ってe以下では単調増加でe以下では単調減少。
ここでx→∞によりy=logx/xの関数はx=0を漸近線とする。
従ってx=eをはさんであるyに対して対応する正数は一対一となる。
ここでe≒2.7なのでグラフを考えると
a=2のみが当てはまる。
この場合b=4となる。
<答え>
a=bの場合、全ての自然数が当てはまる
a≠bの場合、(a,b)=(2,4)(4,2)
ま、同じ解法でしたかね ^^v
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