Республиканская олимпиада по математике, 2023 год, 11 класс
Комментарий/решение:
Мы найдем бесконечно много $n$, таких что $\lfloor \sqrt[k] {an+b} \rfloor$ является простым числом, скажем $p$, и $n$ удовлетворяет условию $\nu_p(n)=1$ а $p$ — наибольший простой делитель числа $n$. Обратите внимание, что тогда $p \nmid \varphi_m(n)$ для любого положительного целого числа $m$, так что таким образом мы обеспечим взаимную простоту.
У нас есть $\lfloor \sqrt[k] {an+b} \rfloor=p \iff p^k \leq an+b <(p+1)^k$. Мы ищем $n=pM$ для некоторого $(M, p)=1$ с простыми делителями меньше $p$, такого что $M>p^{k-1}$, что гарантирует выполнение нижней оценки. Для верхней границы нам понадобится $an+b<(p+1)^k \iff p+\frac{b} {aM}<\frac{(p+1)^k}{aM}$. Так как $M>p^{k-1}$, то для достаточно больших $p$ имеем $b<aM$, поэтому нам нужен $\frac{(p+1)^k}{aM} \geq p+1 $, следовательно, выбора $aM=(p+1)^{k-1}$ будет достаточно, так как это также будет означать, что наибольший простой делитель числа $n$ равен $p$. Осталось найти бесконечно много простых чисел $p$ таких, что $a \mid p+1$, что возможно Дирихле. Следовательно, эта конструкция работает, и мы закончили.
Возможно, что при неправильном наборе формул, они будут
доредактированы модератором. При этом содержание не будет меняться.