3. Zadatak
Odredi sve uređene parove prirodnih brojeva za koje vrijedi
Prvo rješenje.
Jednadžbu zapišimo u obliku
Definirajmo niz dan s i pokažimo da je ovaj niz strogo rastući.
Budući da vrijedi
zaključujemo da je svaki sljedeći član niza veći od prethodnog, pa je onda niz zaista rastući.
Stoga, da bi vrijedila početna jednadžba, jedino je moguće da vrijedi . Očito su svi parovi za zaista rješenja početne jednadžbe.
Drugo rješenje.
Jednadžbu zapišimo u obliku
Neka je najveći zajednički djelitelj brojeva i . Tada postoje relativno prosti brojevi i takvi da je i za relativno proste brojeve i . Uvrštavanjem tih jednakosti u početnu jednadžbu i dijeljenjem s dobivamo
Iz dobivene jednakosti zaključujemo , odakle posebno mora vrijediti
Za svaki vrijedi nejednakost .
(Naime, za vrijedi jednakost, dok za znamo da je broj svih podskupova -članog skupa veći ili jednak broju podskupova s ili elementom).
Koristeći tu tvrdnju i dobivenu nejednakost imamo
Uspoređujući prvi i zadnji izraz, dobivamo da je , odnosno .
Analogno se pokazuje , odakle zaključujemo da je nužno . Očito su svi parovi za zaista rješenja početne jednadžbe.
Napomena: Nejednakost može se dokazati i korištenjem principa matematičke indukcije.