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혹시 정수론으로 m^n=n^m은 (2,4), (4,2)밖에 없음을 증명해주실 수 있을까요?

2024.07.25

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안녕하세요 현재 고등학교 2학년입니다
세특 보고서로 제목의 주제를 잡고 수1의 지수로그와 미적분으로 해당 문제를 증명했는데요, 이 문제가 정수론에 해당한다고 해서 그런 쪽으로 해보려고 했지만 너무 어려워서요
주위에 물어볼 사람이 없어서 커뮤니티를 찾아보는데 이런 학문을 아시는 분들이 있는 곳이 여기밖에 없는 것 같아서 김박사넷과는 조금 맞지 않지만 여기 글을 쓰게 되었습니다
m^n=n^m(m,n은 서로 다른 자연수)의 해가 (2,4)와 (4,2)밖에 없음을 정수론으로 증명해주시면 감사하겠습니다!!
아니면 아이다어라도 던져주시면 감사하겠습니다!!

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댓글 30개

2024.07.25

질문을 이렇게 하면 그냥 대신 보고서 써달라는거 아님?

대댓글 1개

2024.07.25

앗 그런가요..

2024.07.25

이런거 Claude에다 물어도 잘 대답해줍니다 고전적인 내용의 수학증명 대기업 llm들이 생각보다 잘 해요

대댓글 1개

2024.07.25

감사합니다!!

2024.07.25

자연로그 써봐

2024.07.26

mn이 자연수인데 저게 되려면 m과 n의 관계가 m^a=n(a는 유리수) 아거 쓰면 돠려나?

2024.07.26

둘 다 홀수거나 둘 다 짝수여야함
둘 다 같은 소인수로만 이루어져있어야함

2024.07.26

일반적으로 자연수 a>1, b, c>1, d 에 대해서 a^b = c^d 가 성립하려면 소인수분해해서 지수들 관계 따져보면 a = k^p, c = k^q (k, p, q는 자연수) 가 되는 경우 밖에 없습니다. 이 과정까지 잘 유도해보고, 이 이후로도 스스로 잘 생각해보시길~

2024.07.26

n = m 이면 다 되는데.

대댓글 3개

2024.07.27

서로다른자연수 병신아

2024.07.27

댓글 대댓글 뻘하게 웃기네 ㅋㅋㅋㅋ

2024.07.28

그러니 문제를 제대로 쓰라는 말이요. 에효. 어디서 배웠는지 안보인다고 욕부터 하니 요즘 애들은.

2024.07.26

해결한것 같기도 합니다
m=s^b n=s^c
m^a=n
n^1/a=m
m^n=n^m
m^(m^a)=(m^a)^m
m^a=am=n
a=n/m=s^c-b
(s^b)^n=(s^c)^m
bn=cm n/m=c/b=a
a=s^(c-b)
am=n
s^(c-b)*s^b=s^c
b(c-b)=c
bc-b²-c=0
bc-c-b²+1=1
c(b-1)-(b-1)(b+1)=1
(b-1)(c-b-1)=1 b, c가 자연수라서 b=2, c=4 저도 고딩이라 오류 있을 수 있음

2024.07.26

정수론...일 필요가 있나요? 로그 씌운 다음 단순 기울기 계산하고 롤의 정리든 중간값 정리든 뭐든 써서 증명했다면 충분히 유의미한 증명이라고 생각합니다. 그리고 정수론에서도 정수에 대한 수식을 실수에 대한 함수로 확장해서 풀이하는 방법이 있어요.

생전에 파인만은 특정한 방식의 수학 문제 풀이를 고민하던 자신의 사촌 형의 공부 방법을 보고 어리석다고 평한 적이 있습니다. 풀이 방식이 중요한 건 아니라는 거죠. 저도 마찬가지지만, 특정 풀이법을 익히는 것 자체가 중요한 교육을 받고 있는 것이 아니라면, 유효한 아이디어를 제시하고 이를 입증할 수 있다는 것 자체가 훨씬 더 중요하고 가치 있다고 생각합니다.

상황을 자세히는 모르니 명확하게 단정을 내리지는 못하겠지만, 이미 수학적 증명을 성공적으로 마쳤다면 그것만으로도 학생은 훌륭하다고 생각합니다.

2024.07.26

Contrastive 방식으로 증명하면 됩니다.

2024.07.26

결국 m^{1/m} = n^{1/n}이라는건데, 함수 f(x) = x^{1/x}를 생각해보면 f(m) = f(n)이 된다는 것이고, log f(x) = log x / x를 미분해서 얻을수 있는 f의 개형을 생각해보면, 함수 f는 [1,e]에서는 쭉 증가했다가 [e,무한)에서 쭉 감소함.
그러니까 m과 n이 다른데 f(m) = f(n)을 만족하려면, 편의상 m < n이라 놓으면 m < e와 n > e를 만족해야함. 이걸 만족시키려면 m은 2인 경우밖에 없고, 따라서 2^n = n^2를 얻게 되므로 n은 2의 거듭제곱 꼴이 되고, n=4라는 결론을 얻음.

2024.07.26

오래전에 구술면접 대비용으로 만들었던 문제하고 거의 같아서 도움 드리기 위해서 댓글 남깁니다 ㅎㅎ 위에 분들하고는 접근법이 다르지만, 여러 가지 방법으로 시도해보시는 것도 좋을 것 같아요.
(대칭성에 의하여) 일반성을 잃지 않고 m>n이라고 한 다음, m>n>=3이면 m^n=5이면 m^n이 정도면 흐름과 아이디어 충분히 제공했다고 생각합니다. 도움 되었기를 바래요 :)

대댓글 3개

2024.07.26

엇 댓글이 짤렸네요 올리고 보니... m>n>=3이면 m^n=5이면 m^2<2^m임을 수학적 귀납법으로 보이시면 됩니다. 그러면 경우의 수가 많이 줄어들어서 m, n 순서쌍을 찾으실 수 있습니다.

2024.07.26

엇 이번에도 안되면 어쩔 수 없다고 생각해요 ㅠ.. n을 고정시켰을 때 수학적 귀납법을 m에 대해서 쓰라고 말해주고 싶었어요.
m>n>=3이면 m^n < n^m: 1. m=n+1일 때 증명. 2. m=n+k (k: 자연수)일 때 성립 가정, m+1일 때 증명 (이항정리 이용)
n=2일 때, m>=5이면 m^2<2^m 증명. (수학적 귀납법 이용)
위의 경우들을 제하고 나면 경우의 수가 매우 줄어들어서 순서쌍을 구할 수 있음.

2024.07.26

다행히 잘 업로드됐네요 휴..
별개로 정수론이나 자연수에 대한 테크닉을 이용하여 증명하고 싶으시다면 저라면 차라리 주어진 수식을 살짝 변형해서 세특을 작성할 것 같아요. 사실 저 수식은 글쓴이 본인이 제시했던 방식(log 씌워서 함수 분석하기)이 가장 쉬워서 가령 예를 들어 m^n+m=n^m이 되는 자연수 순서쌍 찾기 등 log를 씌울 수 없는 적당한 수식을 생각하고 탐구하는 게 좋지 않을까 생각해요. 화이팅하세요! :)

2024.07.26

이젠 김학사넷도 아니고 김고딩넷이네

2024.07.26

m^n=n^m and n->n=(p1^i)(p2^k)... and m=(p1^(i+x))(p2^(k+y))...
(n,m은 이루는 소수가 같은 것들 이어야 하는데 n->m=na
->(na)^n=n^(na)
->a^n=n^(na-n)
->n log a= (na-n) log n
->log a=(a-1) log n
->a-1=log a / log n
->a = n^(a-1)
->(a-1) root a =n
->(a-1) root a=natural number and n->a=2
->(2n)^n=n^(2n)
->n=2 and m=4

대댓글 1개

2024.07.26

m^n=n^m and n->n=(p1^i)(p2^k)... and m=(p1^(i+x))(p2^(k+y))...
->m=na
->(na)^n=n^(na)
->a^n=n^(na-n)
->n log a= (na-n) log n
->log a=(a-1) log n
->a-1=log a / log n
->a = n^(a-1)
->(a-1) root a =n
->(a-1) root a=natural number and n->a=2
->(2n)^n=n^(2n)
->n=2 and m=4

2024.07.26

m^n=n^m and nn=(p1^i)(p2^k)... and m=(p1^(i+x))(p2^(k+y))...
m=na
(na)^n=n^(na)
a^n=n^(na-n)
n log a= (na-n) log n
log a=(a-1) log n
a-1=log a / log n
a = n^(a-1)
(a-1) root a =n
(a-1) root a=natural number and n->a=2
(2n)^n=n^(2n)
n=2 and m=4

대댓글 1개

2024.07.26

제가 댓글 단 것하고 글자가 다르게 올라가는 사이트 버그가 있나본데, 글자가 바뀌어서 다시 고치려니 댓글 수정도 안되네요.

2024.07.26

m과 n의 최대공약수를 d라고 놓고 시작해보세요

2024.07.27

이젠 고딩도 와서 숙제 도와달라하네 ㅎㅎㅎ

대댓글 2개

2024.07.27

교수평가 없앴는데 개망한거지

2024.07.31

지성인을 위한 공간이 모두를 위한 공간이 되었으니 디씨, 클리앙처럼 일반 커뮤화 되는건 시간 문젠가 싶군

2024.07.27

이 정도 수준이면 Chat gpt에 물어보면 나올것 같은데

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