看新番学知识系列 No.6:《伪恋》第四集出现的题目怎么解?

:学霸是一种阿宅不敢企及的稀有生物,但假如倒贴的妹子是香菜,或许阿宅也能“重金之下必有勇夫”吧?那么《伪恋》第四集里几位主角的学习会上的那道题目,应该怎么样证明才能避免被千棘鄙视,获得小咲的赞赏呢?

(提示:字幕组翻译错了重要的一点,这里n乘数特指n次幂,也就是a^n。换而言之,求证n个连续自然数的积,不可能表达为m^n的形式。不准备亲自尝试的人,就接着看吧。)

:或许由于大部分动画里出现的题目都过于简单,导致我国观众对日本的高等教育水平可能有不正确的猜测吧?其实日本高中数学和欧洲相近,都会在大学前做不少微积分相关的学习(至少达到国内大一水准),所以在很大程度上,比中国的高中数学内容还多些。

当然,由于中国高考要筛选这么多学生,所以坑爹的题目自然也多。同理,这条来自东京大学2012年入学考试的题目,自然不会是省油的灯。首问证明的要点如下——

  • m与m+1互素。
  • 据此,m和m + 1都必须自身也是n次幂,否则积不可能是n次幂。
  • 利用反证法证伪。

次问其实是著名数学家爱多士(Paul Erdős)在1975年证明的“连续自然数乘积不可能是幂”的特例。原证明比本题复杂得多,但这个特例利用了幂的特性——

  • 假如k到(k+n-1)的积等于m^n,则m^n必须大于k^n,小于(k+n-1)^n。
  • 换而言之,m>k AND m < k+n-1,我们可将它表达为k + i,也就是求证积可表达为(k+i)^n。
  • 但k到(k+n-1)的积包含k+i与k+i+1,而我们已知k+i与k+i+1互素,(k+i)^n的约数不可能包含k+i+1。反证完成。

顺便一提,据说Erdős一生与他人合作发表的文献多达1500篇,历史上只有欧拉(Leonhard Euler)能与他媲美。

QED.

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Author: 店长

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8 thoughts on “看新番学知识系列 No.6:《伪恋》第四集出现的题目怎么解?”

  1. 首问证明要点的第二点写的稍微有点问题。
    要想乘积是n次幂,m和m + 1不一定自身非要是n次幂,完全可以m=a^(n-x)*b^(n-y)…,m+1=a^x*b^y….这种形式。
    不过还是逃不过互质

  2. 额,看漏了“据此”,以第一点做前提的话,第二点就没问题了。但第二点到第三点跳跃太大了。在这里稍微补一下
    设m=a^n,m+1=b^n,因m+1>m>=1,故b>a>=1
    m+1-m=b^n-a^n=1
    b^n-a^n=(b-a)[b^(n-1)+b^(n-2)*a+…+b*a^(n-2)+a^(n-1)]=1
    又因b-a和b^(n-1)+b^(n-2)*a+…+b*a^(n-2)+a^(n-1)都是大于0的整数,所以只能是
    b-a=b^(n-1)+b^(n-2)*a+…+b*a^(n-2)+a^(n-1)=1
    然后把b=a+1代入b^(n-1)+b^(n-2)*a+…+b*a^(n-2)+a^(n-1),得到
    (a+1)^(n-1)+(a+1)^(n-2)*a+…+(a+1)*a^(n-2)+a^(n-1),每一项都>=1
    所以(a+1)^(n-1)+(a+1)^(n-2)*a+…+(a+1)*a^(n-2)+a^(n-1)>=n
    与前面的=1矛盾

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