Xét phương trình
a) Chứng minh với mỗi số nguyên dương cố định, chỉ có hữu hạn số là hợp số thỏa mãn phương trình.
b) Tìm tất cả các số nguyên dương sao cho phương trình có vô số nghiệm nguyên dương .
(Với nguyên dương, ký hiệu là số các số nguyên dương không vượt quá và nguyên tố cùng nhau với )
Xét phương trình
a) Chứng minh với mỗi số nguyên dương cố định, chỉ có hữu hạn số là hợp số thỏa mãn phương trình.
b) Tìm tất cả các số nguyên dương sao cho phương trình có vô số nghiệm nguyên dương .
(Với nguyên dương, ký hiệu là số các số nguyên dương không vượt quá và nguyên tố cùng nhau với )
a) Chứng minh với mỗi số nguyên dương cố định, chỉ có hữu hạn số là hợp số thỏa mãn phương trình.
b) Tìm tất cả các số nguyên dương sao cho phương trình có vô số nghiệm nguyên dương .
(Với nguyên dương, ký hiệu là số các số nguyên dương không vượt quá và nguyên tố cùng nhau với )
Đáp án chính thức: Tự luận
Hướng dẫn giải chi tiết
Trước hết ta có bổ đề quen thuộc sau:
Bổ đề: Với là hợp số thì .
Chứng minh: Thật vậy, gọi là ước nguyên tố nhỏ nhất của . Khi đó .
Trong các số có đúng bội của , và chúng không nguyên tố cùng nhau với . Vì thế
① Giả sử thỏa mãn . Ta có và nên
Vì vậy . Nếu là hợp số thì nên .
Từ đó có hữu hạn hợp số thoả mãn yêu cầu đề bài.
(2) Giả sử với nào đó, phương trình có vô số nghiệm nguyên dương . Để ý chỉ có hữu hạn hợp số nên phải có vô số nghiệm là số nguyên tố, thì nên
Đặt thì . Nếu là hợp số thì nên chỉ có hữu hạn giá trị hợp số . Do có vô số giá trị nên phải có ít nhất 1 giá trị là số nguyên tố và khi đó
Do đó nên . Ngược lại với thì mọi số nguyên tố thoả mãn yêu cầu nên giá trị duy nhất thoả mãn là .
Bổ đề: Với là hợp số thì .
Chứng minh: Thật vậy, gọi là ước nguyên tố nhỏ nhất của . Khi đó .
Trong các số có đúng bội của , và chúng không nguyên tố cùng nhau với . Vì thế
① Giả sử thỏa mãn . Ta có và nên
Vì vậy . Nếu là hợp số thì nên .
Từ đó có hữu hạn hợp số thoả mãn yêu cầu đề bài.
(2) Giả sử với nào đó, phương trình có vô số nghiệm nguyên dương . Để ý chỉ có hữu hạn hợp số nên phải có vô số nghiệm là số nguyên tố, thì nên
Đặt thì . Nếu là hợp số thì nên chỉ có hữu hạn giá trị hợp số . Do có vô số giá trị nên phải có ít nhất 1 giá trị là số nguyên tố và khi đó
Do đó nên . Ngược lại với thì mọi số nguyên tố thoả mãn yêu cầu nên giá trị duy nhất thoả mãn là .