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解 答 3

着眼点

(1)a<b<c<dと置いても,一般性を失わないということに気がつくかどうか? (2)a=1はありえない。a≧4もありえない,ということに気がつくかどうか?

解答例

(1)a<b<c<dと置いても,一般性を失わない。

  1. a=1のとき

      1/b+1/c=−1/10となり,不成立。

  2. a=2のとき

      1/b+1/c=2/5,1/b+1/c<2/b だから b=3,4

    1. b=3なら

        1/c=2/5−1/3=1/15 よって c=15

    2. b=4なら

         1/c=2/5−1/4=3/20  解なし。

  3. a≧3のとき

       1/3+1/4+1/5=47/60<9/10だから,解なし。

    求める解 は,2,3,15 を並べた順列の6組ある。


(2)
  1. a=2のとき

      1/b+1/c+1/d=2/5,1/b+1/c+1/d<3/b
      だから b=3,4,5,6,7

    1. b=3のとき

        1/c+1/d=1/15,1/d=1/15−1/c=(c−15)/15c
        よって d=15c/(c−15)=15+225/(c−15)
        c−15 は225の約数。
        a<b かつ c−15>0 かつ c<d すなわち c2−30c<0 に注意して,
          c=16のとき  d=240
          c=18のとき  d=90
          c=20のとき  d=60
          c=24のとき  d=40

    2. b=4のとき

        1/c+1/d=3/20,1/d=3/20−1/c=(3c−20)/20c
        よって d=20c/(3c−20)
        3c−20 は20cの約数。
        3c−20>0 かつ c<d すなわち 3c2−40c<0 に注意して,
        c=7,8,9,10,11,12,13
          c=7のとき   d=140
          c=8のとき   d=40
          c=9のとき   解なし
          c=10のとき  d=20
          c=11のとき  解なし
          c=12のとき  d=15
          c=13のとき  解なし

    3. b=5のとき

        1/c+1/d=1/5,1/d=1/5−1/c=(c−5)/5c
        よって d=5c/(c−5)=5+25/(c−5)
        c−5は,5の約数。c<dに注意して,
          c=6のとき   d=30

    4. b=6のとき

        1/c+1/d=7/30,1/d=7/30−1/c=(7c−30)/30c
        よって d=30c/(7c−30)
        7c−30は30cの約数。
        b<c かつ 7c−30>0 かつ c<d すなわち 7c2−60c<0 に注意して,
        c=7,8
          c=7のとき   解なし
          c=8のとき   解なし

    5. b=7のとき

        1/c+1/d=9/35,1/d=9/35−1/c=(9c−35)/35c
        よって d=35c/(9c−35)
        9c−35は35cの約数。
        9c−35は35cの約数。
        b<c かつ 9c−35>0 かつ c<d すなわち 9c2−70c<0 に注意して,
        該当するcはない。

    6. b≧8のとき

        1/c+1/d=9/35,1/b+1/c+1/d≦1/8+1/9+1/10=121/360<2/5
        となり解はない。

  2. a=3のとき

      1/b+1/c+1/d=17/30,1/b+1/c+1/d<3/b
      だから b=4,5

    1. b=4のとき

        1/c+1/d=19/60,1/d=19/60−1/c=(19c−60)/60c
        よって d=60c/(19c−60)
        19c−60は60の約数。
        b<c かつ 19c−60>0 かつ c<d すなわち 19c2−120c<0 に注意して
        c=5,6
          c=5のとき   解なし
          c=6のとき   解なし

    2. b≧5のとき

        1/b+1/c+1/d≦1/5+1/6+1/7=107/210<17/30
        だから解なし。

  3. a≧4のとき

      1/a+1/b+1/c+1/d≦1/4+1/5+1/6+1/7=319/420<9/10
      だから解なし。

求める解 は次の4つの数の組の順列である。

   (2,3,16,240),(2,3,18,90),(2,3,20,60),
   (2,3,24,40),(2,4,7,140),(2,4,8,40),
   (2,4,10,20),(2,4,12,15),(2,5,6,30)

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