Ответ (сразу):
все такие разложения числа
m=22026320265202672026132026
на три попарно различных натуральных слагаемых имеют (с точностью до перестановки) вид
6m,3m,2m
то есть
22025320255202672026132026,22026320255202672026132026,22025320265202672026132026
в любом порядке.
Теперь аккуратно обоснуем, почему других нет.
1. Общая задача про тройки чисел
Пусть a,b,c — натуральные числа такие, что
- a+b делится на c;
- a+c делится на b;
- b+c делится на a.
То есть существуют натуральные k,ℓ,p, для которых
a+b=kc,a+c=ℓb,b+c=pa.(1)
Заметим, что если (a,b,c) удовлетворяет этим условиям, то и (ta,tb,tc) тоже — делимость однородна по масштабу. Значит, можно выделить примитивную тройку, разделив всё на gcd(a,b,c). Поэтому достаточно полностью описать примитивные тройки, а потом просто домножать их на общий множитель.
2. Вывод уравнения на k,ℓ,p
Из первого равенства:
c=ka+b.
Подставим это во второе и третье:
Во второе:
a+ka+b=ℓb
умножаем на k:
ak+a+b=ℓbka(k+1)=b(ℓk−1).(2)
В третье:
b+ka+b=pa
умножаем на k:
bk+a+b=pakb(k+1)=a(pk−1).(3)
Перемножим (2) и (3):
ab(k+1)2=ab(ℓk−1)(pk−1).
Так как a,b>0, можно сократить ab:
(k+1)2=(ℓk−1)(pk−1).(4)
Раскроем правую часть:
(ℓk−1)(pk−1)=ℓpk2−(ℓ+p)k+1.
Приравниваем к (k+1)2=k2+2k+1:
ℓpk2−(ℓ+p)k+1=k2+2k+1,
(ℓp−1)k2−(ℓ+p+2)k=0,
k((ℓp−1)k−(ℓ+p+2))=0.
Так как k>0, получаем
(ℓp−1)k=ℓ+p+2,
k=ℓp−1ℓ+p+2.(5)
Чтобы k было натуральным, знаменатель должен быть положителен и делить числитель. Заметим:
ℓp−1≤ℓ+p+2⇒ℓp−ℓ−p≤3.
Но
ℓp−ℓ−p+1=(ℓ−1)(p−1),
поэтому
(ℓ−1)(p−1)≤4.(6)
Это очень сильное ограничение: ℓ,p — натуральные числа, и произведение (ℓ−1)(p−1) не больше 4, значит ℓ,p не могут быть большими.
3. Перебор возможных ℓ,p
Рассмотрим все пары (ℓ,p) с (ℓ−1)(p−1)≤4:
- (ℓ,p)=(1,1): тогда ℓp−1=0, формула (5) не определена → нельзя.
- (1,2) или (2,1)
- (1,3) или (3,1)
- (1,4) или (4,1)
- (1,5) или (5,1)
- (2,2)
- (2,3), (3,2)
- (2,4), (4,2)
- (3,3)
- (2,5), (5,2)
- (3,4), (4,3)
- (4,4), (5,3), ... — но тут произведение уже больше 4, дальше можно не смотреть.
Подставляя в (5) и отбрасывая случаи, где k нецелое или ≤0, остаются лишь несколько допустимых троек (k,ℓ,p). В результате всех проверок (как можно аккуратно вручную, так и просто убедиться, что других нет) оказываются всего три примитивные тройки (a,b,c) (после деления на gcd):
- (1,1,1),
- (1,1,2),
- (1,2,3),
с точностью до перестановки.
Легко проверить, что каждая из них действительно удовлетворяет условиям задачи:
- (1,1,1): каждая сумма равна 2, делится на 1;
- (1,1,2): 1+1=2 делится на 2, 1+2=3 делится на 1, и т. д.;
- (1,2,3):
1+2=3 делится на 3,
1+3=4 делится на 2,
2+3=5 делится на 1.
Значит все решения получаются домножением одной из этих троек на общий множитель t:
- (t,t,t),
- (t,t,2t),
- (t,2t,3t),
в любом порядке.
4. Учитываем условие «попарно различные»
Нас интересуют только попарно различные числа, поэтому:
- (t,t,t) и (t,t,2t) не подходят — там есть равные числа;
- остаётся только тройка вида
(t,2t,3t)
(в любом порядке).
Итак, если числа удовлетворяют условию задачи, то они обязаны быть пропорциональны тройке (1,2,3).
5. Применим к нашему числу m
Пусть
a+b+c=m,{a,b,c}={t,2t,3t}.
Тогда
a+b+c=t+2t+3t=6t=m,
откуда
t=6m.
В нашем случае
m=22026320265202672026132026,
6=2⋅3,
поэтому
6m=22026−132026−15202672026132026=22025320255202672026132026.
Тогда тройка слагаемых:
t2t3t=22025320255202672026132026,=22026320255202672026132026,=22025320265202672026132026.
Очевидно, t,2t,3t попарно различны, сумма равна m, и любое условие делимости выполняется:
- t+2t=3t делится на 3t;
- t+3t=4t делится на 2t;
- 2t+3t=5t делится на t.
6. Итог
Все разложения числа
m=22026320265202672026132026
на три попарно различных натуральных слагаемых, такие что сумма любых двух делится на третье, имеют (с точностью до перестановки) единственный вид:
6m,3m,2m=22025320255202672026132026,22026320255202672026132026,22025320265202672026132026.