高校数学の質問スレPart391 [転載禁止]©5ch.io
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0148132人目の素数さん
2015/09/09(水) 04:45:37.93ID:Gaa20TDn高々有限個のn≧2なる正整数nに対して、 n!以上n!+n以下の整数の全体の中に平方数が存在することの証明。
或る、任意のn∈Nに対してa_n≧2なるような、単調増加な整数列{a_n}が存在して、
任意のn∈Nに対して (a_n)!以上 (a_n)!+a_n以下 の整数の全体の中に平方数が存在したとする。
k∈Nを任意に取る。m_k=k+1 とおく。以下m_kを簡単にmで表わす。
すると、整数列{a_n}は単調増加だから、m>k から a_m, a_k∈N について a_m>a_k。
(a_k)!以上 (a_k)!+a_k以下 の整数の全体の中、(a_m)!以上 (a_m)!+a_m以下 の整数の全体の中
の両方に、各々平方数が存在するから、a_m、a_kはa_m, a_k≧4を満たすことになる。
従って、或る b_k>a_k なる b_k∈Nが存在して、(a_k)!≦(b_k)^2≦(a_k)!+a_k …�@
であって、或る b_m>a_m なる b_m∈Nが存在して、(a_m)!≦(b_m)^2≦(a_m)!+a_m …�A。a_m>a_k≧4から、
(a_k)!+a_k<(a_m)! …�Bだから、�@、�Aから、(a_k)!≦(b_k)^2<(b_m)^2≦(a_m)!+a_m 。
従って、(b_m)^2−(b_k)^2≦(a_m)!+a_m−(a_k)! であり、(a_m)!>(a_k)!>0 …�Cから、
((b_m)^2−(b_k)^2)/((a_m)!)≦1+(1/(a_{m-1})!)−((a_k)!/(a_m)!) …�D。同様に、�@、�A、�Bから、
(b_k)^2≦(a_k)!+a_k<(a_m)!≦(b_m)^2 。従って、0<(a_m)!−((a_k)!+a_k)≦(b_m)^2−(b_k)^2 であり、
�Cから、0<1−((a_k)!+a_k)/((a_m)!)≦((b_m)^2−(b_k)^2)/((a_m)!) …�E。�D、�Eから、
1−((a_k)!+a_k)/((a_m)!)≦1+(1/(a_{m-1})!)−((a_k)!/(a_m)!) 。mでk+1を表していたから、
mを元に戻すと、1−((a_k)!+a_k)/((a_{k+1})!)≦1+(1/(a_k)!)−((a_k)!/(a_{k+1})!) となり、
従って、1−(1/a_{k+1})−(a_k/((a_{k+1})!))≦1+(1/(a_k)!)−(1/(a_{k+1})) …�F。
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