数列 定义如下:设
写成既约分数后的分母为 , 等于 的最大质因数,则 的最大值等于。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
先独立尝试,再展开工具说明与想法来源。
阶乘中质数p的指数等于 ,因为p的每一重因子分别由其倍数贡献;约分后分母指数取分母减分子的正部。
想法从哪来:只看某几个n的分母,无法排除以后出现更大的质数。应先固定一个质数p,问它在三个阶乘中会被抵消多少次。把指数写成取整和之后,对每个p的幂都只需研究n除以它的余数;当该幂大于常数项的两倍时,分母刚多出一次的区间已被分子覆盖,取整差不会为正。由此得到与n无关的上界。随后倒过来构造:让最大的候选质数刚好出现在移位后的阶乘,却还未进入另外两个阶乘。候选本身的素性以及上界附近没有更大质数,也要逐项检查,不能只凭“大数看起来像质数”。
先对每个素数比较三个阶乘中的指数,找出分母质因数的统一上界;再核候选数确为素数,并选一个下标使它刚进入分母而尚未进入分子。
对任意质数 ,由阶乘的质因数指数公式,约分前分母中 的指数减去分子中的指数为
所以 在既约分母中的指数为 。若 ,对任意 写 ,其中 。对应的取整差为
因为第一项只能是 或 ;当它为 时,,第二项也为 。因此 不整除 。 不超过 的最大质数是 ,而额外的因子 也不超过它,故 。 取 ,则 、。质数 在 中恰出现一次,在 和 中都未出现,故 。结合上界,得到
不被不超过其平方根的质数 整除,确为质数。 至 中的偶数均为合数;奇数分别为 、、、、、、、、、,因此没有遗漏更大候选。构造的 为正整数,所需质因数在约分后仍有一次。
阶乘比的分母质因数问题要分别证明统一上界与上界可达。取整差控制所有可能素数,最后仍须实际检验最大候选的素性,不能把一个大合数当作质数使用。
要对每个素数幂分析取整差以排除大质数,再选n使最大候选质数出现在分母且不被分子约去。
已记下,谢谢!