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【数学A】例題4.2.7:方程式の整数解5(One More)★★★

【数学A】例題4.2.7:方程式の整数解5(One More)
【数学A】例題4.2.7:方程式の整数解5の例題ページ
問題の解答

【数学A】問題4.2.7:方程式の整数解5の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題A4.2.7:方程式の整数解5(One More)★★★
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$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=1,x\leqq y\leqq z$を満たす自然数の組$(x,y,z)$をすべて求めよ.

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% 例題A4.2.7の解答(One More)★★★
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$0<x\leqq y\leqq z$より,$\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}\leqq\frac{1}{x}$である.

これより,$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{x}+\frac{1}{x}+\frac{1}{x}$

したがって,$1\leqq\frac{3}{x}$より,$x\leqq 3$

(i) $x=1$のとき

$\frac{1}{1}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=1$より,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=0$

これは,$y,z$は正の整数であるので不適である.

(ii) $x=2$のとき

$\frac{1}{2}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=1$より,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$

ここで,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}+\frac{1}{y}$より,$\frac{1}{2}\leqq\frac{2}{y}$

したがって,$y\leqq 4$

ゆえに,$x\leqq y$より,$y=2,3,4$

$y=2$のとき,$\frac{1}{2}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$

これは,$z$は正の整数であるので不適である.

$y=3$のとき,$\frac{1}{3}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$より,$z=6$

$y=4$のとき,$\frac{1}{4}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$より,$z=4$

(iii) $x=3$のとき,$\frac{1}{3}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=1$より,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{2}{3}$

ここで,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}+\frac{1}{y}$より,$\frac{2}{3}\leqq\frac{2}{y}$

したがって,$y\leqq 3$

ゆえに,$x\leqq y$より,$y=3$

このとき,$\frac{1}{3}+\frac{1}{z}=\frac{2}{3}$より,$z=3$

よって,(i)〜(iii)より,$(x,y,z)=(2,3,6),(2,4,4),(3,3,3)$

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% 問題A4.2.7:方程式の整数解5(One More)★★★
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$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{3}{2},x\leqq y\leqq z$を満たす自然数の組$(x,y,z)$をすべて求めよ.

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% 問題A4.2.7の解答(One More)★★★
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$0<x\leqq y\leqq z$より,$\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}\leqq\frac{1}{x}$である.

これより,$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{x}+\frac{1}{x}+\frac{1}{x}$

したがって,$\frac{3}{2}\leqq\frac{3}{x}$より,$x\leqq 2$

(i) $x=1$のとき

$\frac{1}{1}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{3}{2}$より,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$

ここで,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}+\frac{1}{y}$より,$\frac{1}{2}\leqq\frac{2}{y}$

したがって,$y\leqq 4$

ゆえに,$x\leqq y$より,$y=1,2,3,4$である.

$y=1$のとき,

\[
1+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}
\]

となり不適である.

$y=2$のとき,$\frac{1}{2}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$

これは,$z$は正の整数であるので不適である.

$y=3$のとき,$\frac{1}{3}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$より,$z=6$

$y=4$のとき,$\frac{1}{4}+\frac{1}{z}=\frac{1}{2}$より,$z=4$

(ii) $x=2$のとき,$\frac{1}{2}+\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=\frac{3}{2}$より,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}=1$

ここで,$\frac{1}{y}+\frac{1}{z}\leqq\frac{1}{y}+\frac{1}{y}$より,$1\leqq\frac{2}{y}$

したがって,$y\leqq 2$

ゆえに,$x\leqq y$より,$y=2$

このとき,$\frac{1}{2}+\frac{1}{z}=1$より,$z=2$

よって,(i),(ii)より,$(x,y,z)=(1,3,6),(1,4,4),(2,2,2)$

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