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Derivados de aritmética: Aritmética problema derivado logarítmico

En el Cálculo, siempre que vemos una constante y desea tomar la derivada de la misma, siempre es 0. Sin embargo, en la Teoría de números, tenemos algo que se llama la media aritmética de derivados en los que podemos diferenciar a obtener algún término distinto de cero. Así que podemos denotar la aritmética derivados de la misma manera como en el cálculo, por ejemplo para algunos $x$, podemos decir $x'$ a la media aritmética de derivados. Algunas de las propiedades de la aritmética de los derivados son que:

  • Para todos los números primos, la aritmética derivada es $1$.
  • Producto De La Regla: $(xy)'=x'y+xy'$
  • $0'=1'=0$

Ahora, también hay algunos menos conocidos sub-parte a la media aritmética de derivados llamado la Aritmética Derivada Logarítmica, $L(n)$, que es igual a $\frac{n'}{n}$. Mi pregunta es que a menos de $100$, ¿cuántos pares de distintos números enteros positivos (llamarlos $a$$b$) no $L(a)=L(b)$?

5voto

yeonsh Puntos 2543

Desde $a=b$ es una solución trivial. Para $a \neq b$: $$L(a)=L(b) \\ \frac{a'}{a}=\frac{b'}{b} \\ a'b-b'a=0 \\ \frac{a'b-b'a}{b^2}=0 \\ \left(\frac{a}{b}\right)'=0$$

Ahora, ¿cuál es $\displaystyle\left(\frac{a}{b}\right)'$?

Lema 1:

Deje que la factorización prima de $n$ $\prod_{i=1}^{k} p_i^{a_i}$ donde $p_i$'s son distintos números primos y escribir $n=p_1\frac{n}{p_1}$, Se sigue que: $$n'=p_1' \frac{n}{p_1}+p_1 \left(\frac{n}{p_1} \right)'=\frac{n}{p_1}+p_1 \left(\frac{n}{p_1} \right)'=\frac{n}{p_1}+p_1 \left(p_1 \frac{n}{p_1^2} \right)' \\=\frac{n}{p_1}+p_1 \left(p_1' \frac{n}{p_1^2} +p_1 \left(\frac{n}{p_1^2} \right)' \right)=2\frac{n}{p_1}+p_1^2 \left(\frac{n}{p_1^2} \right)' $$ Continuando con este procedimiento obtenemos: $$n'=a_1 \frac{n}{p_1}+p_1^{a_1} \left(\frac{n}{p_1^{a_1}} \right)' \ \ \ \star$$ Ahora $\frac{n}{p_1^{a_1}}$ $p_1$ gratis y si haces lo mismo para la disminución de la potencia de $p_2$ $\frac{n}{p_1^{a_1}}$ obtendrá: $$\left(\frac{n}{p_1^{a_1}} \right)'=a_2 \frac{n}{p_1^{a_1} p_2}+p_2^{a_2} \left(\frac{n}{p_1^{a_1} p_2^{a_2}} \right)'$$ Poner esto en la $\star$: $$n'=a_1 \frac{n}{p_1}+a_2 \frac{n}{p_2}+p_1^{a_1} p_2^{a_2} \left(\frac{n}{p_1^{a_1} p_1^{a_1}} \right)'$$ Lo que nos lleva a: $$n'=a_1 \frac{n}{p_1}+a_2 \frac{n}{p_2}+... +a_k \frac{n}{p_k}+ p_1^{a_1} p_2^{a_2} ... p_k^{a_k} \left(\frac{n}{p_1^{a_1} p_1^{a_1} ... p_k^{a_k}} \right)' \\ n'=a_1 \frac{n}{p_1}+a_2 \frac{n}{p_2}+... +a_k \frac{n}{p_k} $$ Aquí, la esencia de esta prueba es que para un número natural $a$ con la descomposición en factores primos, decir $\prod_{i=1}^{k} p_i^{m_i}$, entonces tenemos: $$a'=a \sum_{i=1}^{k} \frac{m_i}{p_i}$$


Lema 2:

Primero vamos a comprobar que el Cociente Regla se aplica a la Aritmética Derivados:

Tenga en cuenta que: $$a'=\left(b\cdot\frac{a}{b}\right)'=b\cdot\left(\frac{a}{b}\right)'+b'\cdot\frac{a}{b}$$ Esto es por la Regla de Leibniz.

Por eso,$$b\cdot\left(\frac{a}{b}\right)'=a'-b'\cdot\frac{a}{b}=\frac{a'b-b'a}{b}$$ $$\therefore \left(\frac{a}{b} \right)'=\frac{a'b -b'a}{b^2}$$


Lema 3:

Si $a=\prod_{i=1}^{k} p_i^{m_i}$ $b=\prod_{j=1}^{l} q_j^{n_j}$ $$\left(\frac{a}{b} \right)'=\frac{a'b -b'a}{b^2} \\ =\frac{ba\sum_{i=1}^{k} \frac{m_i}{p_i} -ab \sum_{j=1}^{l} \frac{n_j}{q_j}}{b^2} \\ =\frac{a}{b} \left(\sum_{i=1}^{k} \frac{m_i}{p_i} - \sum_{j=1}^{l} \frac{n_j}{q_j} \right)$$ Por lo tanto, si $\prod_{i=1}^{k} p_i^{x_i}$ es una factorización de un número racional $x$ en el primer poderes, (donde algunos $x_i$ puede ser negativo), entonces podemos escribir: $$x'=x \sum_{i=1}^{k} \frac{x_i}{p_i}$$ Aquí, la esencia de esta prueba es demostrar que si tenemos $\frac{a}{b}=\prod_{i=1}^{k} p_i^{x_i}$, entonces: $$\left(\frac{a}{b}\right)'=\frac{a}{b} \sum_{i=1}^{k} \frac{x_i}{p_i}$$

Ahora para este problema: $$\left(\frac{a}{b}\right)'=\frac{a}{b} \sum_{i=1}^{k} \frac{x_i}{p_i}=0 \\ \sum_{i=1}^{k} \frac{x_i}{p_i}=0 \\ x_1 p_2 p_3 ... p_k+x_2 p_1 p_3 ... p_k+ ... + x_k p_1 p_2 ... p_k=0 \ \ \ \ \ (1) $$ Aquí podemos concluir que $x_i=c_i p_i$ y la ecuación de $(1)$ se convierte en: $$c_1+c_2+...+c_k=0$$ Therefore the solutions to the equation $\left(\frac{a}{b}\right)'=0 \ \ \ \ (2)$ son de la forma: $$\frac{a}{b}=\prod_{i=1}^{k} (p_i^{p_i})^{c_i}$$ donde $\sum c_i=0$. Para este problema, ya $a$ $b$ son de menos de $100$ únicos valores posibles para $\frac{a}{b}$ son: $$\frac{a}{b}=\frac{2^2}{3^3}, \frac{3^3}{2^2}$$ Ahora si $\frac{a}{b}$ es una solución para la ecuación de $(2)$ $\frac{ma}{mb}$ es también una solución. Así que las soluciones son: $$(2^2, 3^3), (2^3, 2\times 3^3), (3\times 2^2, 3^4), (3^3, 2^2), (2\times 3^3, 2^3), (3^4, 3\times 2^2) \\ = (4,27),(8,54),(12,81),(27,4),(54,8),(81,12)$$

4voto

No es difícil mostrar que $$L(ab)=L(a)+L(b)$ $$L(p^\alpha q^\beta\cdots)=\frac\alpha p+\frac\beta q+\cdots\ .$ $ y $ no puede ofrecer cualquier impresionantes penetraciones más allá de eso, pero por programación en Maple, las soluciones sólo hasta $100$ $$L(4)=L(27)=1\ ,\quad L(8)=L(54)=\tfrac32\ ,\quad L(12)=L(81)=\tfrac43\ .$ $

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