問題
を満たす 以上の整数 の組を求めよ。
方針
解法1(最小の指数を先に決める)
右辺を と素因数分解する。まず偶奇と3を法とする考察から を示す。二項の対称性により として2で割ると が決まり,さらに3を法として のどちらが1かを分ける。残る のべきは有限個なので,全候補を検証する。
解法2(2進・3進の指数を交差させる)
各項を と見る。まず全指数が正であることを確認して6で割る。和が奇数かつ であるため,2の最小指数と3の最小指数が同じ項に来る場合は一方が1となり,残り336に素因数7が出て破綻する。したがって最小指数は二項に交差して現れ, に帰着する。
解答
解法1(最小の指数を先に決める)
右辺を素因数分解すると
である。
もし なら,偶奇から である。すると となり,3で割れば
を得る。両指数が正なら左辺が3の倍数となり,どちらかが0なら他方の項が673となるので,いずれも不可能である。よって である。
同様に なら,3を法として である。このとき だが,偶奇と対称性から とすると となり不可能である。したがって
である。
二項は交換できるから としてよい。 を使って元の式を2で割ると
である。右辺は奇数だから,,すなわち
でなければならず, である。よって
を3で割ると
ここで である。
なら の左辺は となるので不可能である。 なら
となり,右辺に素因数7が現れるので不可能である。したがって
であり, は
となる。
なので である。各候補について
となり,2のべきは だけである。ゆえに
二項を交換した場合も戻すと,求める組は
である。
解法2(2進・3進の指数を交差させる)
偶奇と3を法とする考察により,指数0を含む場合は または に帰着し,いずれも成立しない。よって であり,元の式を6で割ると
を得る。
の右辺は奇数なので,左辺の二項のうちちょうど一方が奇数である。また なので,二項のうちちょうど一方だけが3で割り切れない。
もし同じ項が「奇数」かつ「3で割り切れない」なら,その項は1,他方は となって の形ではない。よって,2の指数が0になる項と3の指数が0になる項は異なる。
二項の交換により
としてよい。
を順に代入すると, が2のべきになるのは
だけである。したがって,二項の交換も含めて
である。