Feladat: F.2736 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Antos A. ,  Balogh 171 J. ,  Bella G. ,  Bencsik Z. ,  Benczúr P. ,  Benkő D. ,  Bíró N. ,  Boncz A. ,  Csirik J. ,  Danyó T. ,  Harcos G. ,  Hausel T. ,  Káli Sz. ,  Kocsor A. ,  Körösi A. ,  Macskási Zs. ,  Madarász Judit ,  Mezei J. ,  Oláh G. ,  Peták A. ,  Podoski Károly. ,  Révész Gabriella ,  Szekeres B. ,  Szemerédi F. ,  Szendrői B. ,  Tokodi T. ,  Újváry-Menyhárt Zoltán 
Füzet: 1989/december, 444 - 445. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Szorzat, hatványozás azonosságai, Másodfokú (és arra visszavezethető) egyenletek, Gyökök és együtthatók közötti összefüggések, Egyenlőtlenségek, Természetes számok, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1989/március: F.2736

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I.megoldás. Mivel a és b szerepe a feladatban teljesen szimmetrikus, feltehetjük, hogy ab. Ekkor a2-4ba2-4a, s mivel a2-4b négyzetszám, s így nem negatív, ezért a2-4a0 A feladat kikötése szerint a pozitív, tehát a4.
Tudjuk, hogy 4ab. Ha b=4, akkor a=4, s ez megoldása is a feladatnak. Ha b>4, azaz b5, akkor b2-4a beszorítható két közeli négyzetszám közé: b2>b2-4ab2-4b>(b-3)2 Minthogy b2-4a is négyzetszám, csak két lehetőség marad: b2-4a=(b-1)2 vagy b2-4a=(b-2)2. Az előbbi esetben 4a=2b-1, itt a bal oldal páros, a jobb oldal nem, ez tehát nem fordulhat elő. Egy eset maradt még: b2-4a=(b-2)2, ahonnan a=b-1. A feltétel szerint így a2-4b=(b-1)2-4b=(b-3)2-8 négyzetszám. Ha 1b5, akkor e kifejezés értéke negatív, b=7 esetén pedig 8, tehát nem négyzetszám; b=6 esetén viszont négyzetszám. Végül b8 esetén (b-3), eltérése a legközelebbi négyzetszámtól, (b-4)2-től is 2b-79, ezért ilyenkor már (b-3)2-8 nem lehet négyzetszám. Az a=b=4 megoldás mellett tehát összesen még egy megoldást találtunk: b=6,a=5, ekkor b2-4a=62-45=42 és a2-4b=52-46=1, valóban négyzetszámok. Nyilván ugyanígy megoldás ennek szimmetrikus párja, az a=6, b=5  számpár is.

 

II.megoldás. Ismeretes, hogy ha A és B egészek, úgy az x2-Ax+B=0 egyenlet megoldásai pontosan akkor egészek, ha az egyenlet diszkriminánsa A2-4B négyzetszám. Feladatunk tehát így fogalmazható át: milyen a és b pozitív egészekre lesznek egészek mind az x2-ax+b=0, mind az y2-by+a=0 egyenlet gyökei? Jelölje x1 és x2 az előbbi, y1 és y2 az utóbbi egyenlet gyökeit. A gyökök és együtthatók közötti összefüggés szerint
x1+x2=a=y1y2ésy1+y2=b=x1x2,
és a>0,b>0 miatt x1, x2, y1, y2 is pozitív. A feladat tehát azoknak a pozitív egész x1, x2, y1, y2 számoknak a meghatározása, amelyekre x1+x2=y1y2 és y1+y2=x1x2. Éppen ez volt az 1987. évi Kürschák-verseny 1. feladata, amelynek megoldása szerint (l. KöMaL 1988/2. sz. 50. old.) lényegében két számnégyes felel meg: az egyik x1=x2=y1=y2=2, ekkor a=b=4, valamint x1=1, x2=5, y1=2, y2=3 és ennek szimmetrikus változatai (5, 1, 2, 3; 5, 1, 3, 2; 1, 5, 3, 2; 2, 3, 1, 5; 2, 3, 5, 1; 3, 2, 1, 5; 3, 2, 5, 1.) Ebben az esetben a=6 és b=5 (vagy a=5 és b=6).
Ezek nyilván megoldások és más megoldás nincs.