を正の整数とする。 の正の約数のうち, で割って 余るものの個数を , で割って 余るものの個数を とする。
(1) , を求めよ。
(2) を示せ。
(3) であるとき, がとりうる値を求めよ。
です。約数は (, , )の形で、全部で 個あります。 の倍数はないので、どれも で割って か 余ります。
で割った余りは掛け算のたびに掛け合わされます。, , ですから、 です。 は余りを変えません。
つまり が偶数なら 余り、奇数なら 余ります。 は の 個が偶数で の 個が奇数、 は の 個が偶数で の 個が奇数です。
が偶数なのは 通り、奇数なのは 通りです。 は 通りとも余りを変えないので、, です。
一般の でも同じ見方をします。 の倍数である約数はどちらにも数えないので、 から の因数を落とした部分だけを考えれば足ります。
そこで を含まない を と書きます。 は で割って 余る素数、 は 余る素数です。約数は で、余りは です。
約数を 余るなら 、 余るなら と数えると、その合計がちょうど です。指数を独立に動かせるので、合計は素因数ごとの和の積になります。
からは 、 からは が出ます。後者は が偶数なら 、奇数なら です。
よって です。ここで は が偶数なら 、奇数なら です。
前の積は正の整数、後ろの積は か です。ですから は 以上であり、 が示せました。
で割って 余る素数の指数が つでも奇数なら 、そうでなければ です。 で確かめると、 で割って 余る素数は (指数 )と (指数 )でどちらも偶数、 余る素数は (指数 )だけですから、差は です。 と合っています。
なお は、 の因数を落とした部分の約数の個数そのものです。この和と差から と が決まります。
, とおきます。 で、 はすべての が偶数なら 、 つでも奇数なら です。
すべて偶数のときは がどれも奇数なので は奇数です。 から で、 は偶数ですから は のどれかです。
このとき なので、 に対して となります。 は 、 は のように作れ、 は の指数で好きな正の整数にできます。
に奇数があるときは で、 かつ が偶数であればよく、たとえば が当たります。以上より のとりうる値は です。