第 4 回

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20. ノースダウン さん
互いに異なる,1 より大きい 5 つの整数 a,b,c,d,e が次の関係を満たすとき,e のとり得る最大値を求めてください。
1/a+1/b+1/c+1/d=e/999999
ただし,右辺の e/999999 は既約分数 (それ以上に約分できない分数) または真分数 (分子が分母より小さい分数) とは限りません。

(4個のエジプト分数の和の最大値)
解説

簡単のため,f=1/a+1/b+1/c+1/d とおく。
また,a<b<c<d として十分である (一般性を失わない)。
(a,b,c,d)=(2,3,6,7) 以外の組合せのとき,f が 8/7(=1.1428...) より小さいか,f×999999(=e) が整数にならないことを示す。

(A) a>2 の場合
(a,b,c,d)=(3,4,5,6) のとき,f は最大値 0.95 をとるが,これは 8/7 より小さい。

(B) a=2,b>3 の場合
(a,b,c,d)=(2,4,5,6) のとき,f は最大値 1.11... をとるが,これは 8/7 より小さい。

(C) a=2,b=3 で,かつ
(C-1) c=4 の場合
5≦d≦16 のとき,f>8/7 となるが,f×999999 は整数にならない。

(C-2) c=5 の場合
6≦d≦9 のとき,f>8/7 となるが,f×999999 は整数にならない。

(C-3) c>5 の場合
c=6,d=7 のとき,f は最大値 8/7 をとり,f×999999=8/7×999999=1142856

以上より,(a,b,c,d)=(2,3,6,7) のとき,e は最大値 1142856 をとる。

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