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第 13 題:一個最簡分數等於分母分別為 600 及700 的兩個最簡分數的和,求這樣的最簡分數的分母的最小值。
解答:
依題意令 \(x,y\in\mathbb{N}\) 滿足 \(\displaystyle\frac{x}{600}, \frac{y}{700}\) 皆為最簡分數
觀察 \(\displaystyle \frac{x}{600}+\frac{y}{700}=\frac{7x+6y}{4200}\)
因為 \(\displaystyle\frac{x}{600}\) 為最簡分數,所以 \(x\) 沒有 \(2,3,5\) 的因數
因為 \(\displaystyle \frac{y}{700}\) 為最簡分數,所以 \(y\) 沒有 \(2,5,7\) 的因數
\(4200 = 2^3\times 3\times 5^2\times 7\)
因為 \(7x\) 有 \(7\) 的因數,且 \(6y\) 沒有 \(7\) 的因數,
所以 \(7x+6y\) 被 \(7\) 除時,必無法整除
因為 \(6y\) 有 \(2,3\) 的因數,且 \(7x\) 沒有 \(2,3\) 的因數,
所以 \(7x+6y\) 被 \(2,3\) 除時,必無法整除
討論至此,可以發現分母 \(4200\) 裡面的 \(2,3,7\) 都不可能與分子相消
因此只要費心取適當的 \(x,y\) 使得 \(7x+6y\) 有 \(5^2\) 的因數
使其可以與分母消掉 \(5^2\) 就會有最小的分母了,
在此取 \(\displaystyle x=1,y=3\Rightarrow 7x+6y=25\Rightarrow \frac{7x+6y}{4200}=\frac{1}{168}\)
故,所求分母的最小值為 \(168.\)