質問<3371>
「「既約分数の和」」
日付 2006/9/11
質問者 taik


mが3以上の自然数のとき,
0以上1以下で分母がmである既約分数の和は必ず整数になりますか?

★完全解答希望★

お便り
日付 2006/9/12
回答者 wakky


0以上1以下は
0より大きく1より小さい・・・かな?
m=3のとき
(1/3)+(2/3)=1
m=4
(1/4)+(3/4)=1
m=5
(1/5)+(2/5)+(3/5)+(4/5)=2
・・・・・・・・
m=10
(1/10)+(3/10)+(7/10)+(9/10)=2

どうやら整数になりそうですね
代数学の世界になりそうです。
証明は考え中ですが・・できていません。
どなたか、お願いいたします。

お便り
日付 2006/9/16
回答者 underbird


分母mが偶数の場合と奇数の場合に分けて考える。
次の場合を参考にしてください。
・分母が奇数の場合・・・\(\frac{1}{m}\)から(m-1)/mまで書く
 \(\frac{1}{7}\),\(\frac{2}{7}\),\(\frac{3}{7}\),\(\frac{4}{7}\),\(\frac{5}{7}\),\(\frac{6}{7}\)
 項数は偶数個で両端からの和は1になる(注目)。
 (\(\frac{1}{7}\)と\(\frac{7}{6}\),\(\frac{2}{7}\)と\(\frac{5}{7}\),\(\frac{3}{7}\)と\(\frac{4}{7}\)の組で考える)
 この2組の分数は\(\frac{n}{m}\)と(m-n)/mと表せて、
 「\(\frac{n}{m}\)が可約(約分できる)ならば(m-n)/mも可約である」は明らか。
 (n=kn',m=km'とおけばよい)
 よって、その対偶として、
 「\(\frac{n}{m}\)が既約ならば(m-n)/mも既約である」も成り立つ。
 よって、既約である組の和だから整数になる。
・分母が偶数の場合も同様に、
 \(\frac{1}{8}\),\(\frac{2}{8}\),\(\frac{3}{8}\),\(\frac{4}{8}\),\(\frac{5}{8}\),\(\frac{6}{8}\),\(\frac{7}{8}\)
 項数は奇数個で、真ん中の項\(\frac{4}{8}\)を除いて、両端からの和はやはり1になる。
 そして、真ん中の項は(\(\frac{m}{2}\))/m=\(\frac{1}{2}\)と必ず可約であるから、和の候補には入らない。
 (mは3以上の自然数という仮定がここで使われる)
以上から証明された。

あとは、厳密に証明すれば良いと思います。
また、代数学の本を見るとオイラー関数というのがありました。参考になるかも。