Câu 2. (5,00 điểm) Cho hàm số thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:
i) , với mọi nguyên tố;
ii) .
Tìm số tự nhiên nhỏ nhất sao cho và .
Câu 2. (5,00 điểm) Cho hàm số thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:
i) , với mọi nguyên tố;
ii) .
Tìm số tự nhiên nhỏ nhất sao cho và .
i) , với mọi nguyên tố;
ii) .
Tìm số tự nhiên nhỏ nhất sao cho và .
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
Trong đẳng thức (ii), chọn , ta thu được:
Với mọi , chia cả hai vế của (ii) cho , ta có:
Xét hàm số xác định bởi với mọi . Ta thu được:
Từ điều kiện (i), với mọi số nguyên tố , ta có:
Giả sử số nguyên dương có dạng phân tích tiêu chuẩn ra thừa số nguyên tố là:
trong đó , các số nguyên tố và các số mũ . Từ (*) ta suy ra:
Do đó, biểu thức của là:
Vì , điều kiện tương đương với:
Ta xét các trường hợp sau
Trường hợp 1: .
Quy đồng mẫu số đẳng thức (*) bằng cách nhân cả hai vế với tích :
Xét một chỉ số bất kỳ. Ta xét đồng dư modulo :
Ở vế phải, với mọi , tích luôn chứa thừa số , dẫn tới:
Do đó, số hạng ứng với phải thỏa mãn:
Vì các số nguyên tố đôi một phân biệt nên . Suy ra:
Do , ta có . Đánh giá này đúng với mọi , kéo theo:
Điều này dẫn đến (mâu thuẫn). Do đó, trường hợp không tồn tại nghiệm.
Trường hợp 2: .
Khi đó . Đẳng thức (*) trở thành:
Như vậy, có dạng với là một số nguyên tố.
Xét các số nguyên tố theo thứ tự tăng dần:
- Với (loại).
- Với (loại).
- Với (thỏa mãn).
- Với các số nguyên tố .
Vậy số tự nhiên nhỏ nhất thỏa mãn đề bài là:
Với mọi , chia cả hai vế của (ii) cho , ta có:
Xét hàm số xác định bởi với mọi . Ta thu được:
Từ điều kiện (i), với mọi số nguyên tố , ta có:
Giả sử số nguyên dương có dạng phân tích tiêu chuẩn ra thừa số nguyên tố là:
trong đó , các số nguyên tố và các số mũ . Từ (*) ta suy ra:
Do đó, biểu thức của là:
Vì , điều kiện tương đương với:
Ta xét các trường hợp sau
Trường hợp 1: .
Quy đồng mẫu số đẳng thức (*) bằng cách nhân cả hai vế với tích :
Xét một chỉ số bất kỳ. Ta xét đồng dư modulo :
Ở vế phải, với mọi , tích luôn chứa thừa số , dẫn tới:
Do đó, số hạng ứng với phải thỏa mãn:
Vì các số nguyên tố đôi một phân biệt nên . Suy ra:
Do , ta có . Đánh giá này đúng với mọi , kéo theo:
Điều này dẫn đến (mâu thuẫn). Do đó, trường hợp không tồn tại nghiệm.
Trường hợp 2: .
Khi đó . Đẳng thức (*) trở thành:
Như vậy, có dạng với là một số nguyên tố.
Xét các số nguyên tố theo thứ tự tăng dần:
- Với (loại).
- Với (loại).
- Với (thỏa mãn).
- Với các số nguyên tố .
Vậy số tự nhiên nhỏ nhất thỏa mãn đề bài là: