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(1)

臺北市立建國高級中學第 109 期通訊解題題目解答與評析

若正整數

n

的除了

n

本身以外所有正因數的和為^s⁽ⁿ⁾

例如：s⁽⁸⁾¹²⁴⁷^,s⁽¹⁰⁾¹²⁵⁸^,s⁽²⁰⁾¹²⁴⁵¹⁰²²。

如果^s⁽ⁿ⁾>

n

，我們可以稱

n

為超因數，例如20為超因數，但8與10不是。

(1) 試問最小的超因數為何？

(2) 求證當n pq時，

n

不為超因數。（這裡的 p,q為不相等的質數）

(3) 試證明：如果

m

為超因數且 p是質數，並且p不是

m

的公因數時，

m p pm

s( )(2 ) 成立。

【簡答】(1) 12 (2)略 (3)略

【詳解】(1)最小的超因數為12 (^s⁽¹²⁾^¹^²^³^⁴^⁶^¹⁶)。

(2)由於 p,q為不相等的質數，所以n pq這個數必有¹^,^p,^q 不失其一般性我們可假設pq 且可得^p^²^,^q^³

又ⁿ^ ^pq^^q^^q^¹^^p^^q 所以^s⁽^pq⁾^ ^pq 故得證

n

不為超因數，另外可以利用

0 2 ) 1 )(

1 ( 1 )

(         

s pq pq p q p q pq

(3)如果

m

所有正因數1,m1,m2mk和

m

則^s^(m⁾^1m1m2mk並且

m

為超因數所以1^m1^m2^mk ^m。

可得pm,m這兩數有相同的因數且^s⁽^pm⁾^⁽²^ ^p⁾^m。且pm還有其他的正因數為p,pm₁,pm₂,pmk和

m

（因為 p為質數且不是

m

的因數，因此上述這些都是新的正因數）

故綜合上述結果可得

m p m

m m

m m p

m pm pm

pm p m m

m pm

s

k

k k

) 2 ( )

1 ( )

1 )(

1 (

1 ) (

3 2 1

2 1 2

1



















 得證。

【評析】本題屬於難度較高的數論問題，同學不只要能計算出正確的數值，更需要透過對於因數性質的掌握及瞭解，並利用數學符號完整表達論證推理的過程。本題徵答人數共有15人，其中僅有3位獲7分滿分，其餘未獲滿分同學主要是書寫方式與表達不完整，或者是在計算中忘記考慮某些條件導致錯誤推論。整體而言參與徵答學生的數學論證與思考表達方法，均有待數學老師在課堂教學時給予適切的指導，以有效提升同學數學論證的素養。

2.參與本題徵答同學的成績如下：

10901

(2)

獲得滿分7分的同學有3人，正確且內容表達優良：

台北市蘭雅國中姜理元、新北市江翠國中蕭明、

臺中市私立衛道高中國中部高暐竣。

獲得6分的同學有6人：

台北市師大附中國中部徐嘉宏、桃園縣文昌國中蔡子暘、

新北市文山國中鄭容濤、新北市江翠國中劉建亨、

新北市江翠國中鍾堡淀、新北市碧華國中謝維庭。

獲得5分的同學有1人：台北市敦化國中葉峻豪。

台中市東山國中凃皓雲、台北市蘭雅國中魏子翔。

新竹市光華國中張原嘉、

獲得3分的同學有1人：新北市江翠國中張朝凱。

已知x的方程式

2

( 2 1) (2 7) 1 0

1 1

x x

a a

x x

   

          有實數根。求實數a的取值範圍？

【簡答】 53 a 28

【詳解】設 1 x t x 

 ，則t1。原方程式可化為(a²1)t²(2a7)t 1 0。當_a²_{ }_{1 0}，即a 1時，方程式為  9t 1 0或  5 1 0t ，即

1 1 9 x x 

 或 1

1 5 x x 

 ，解得 1

x 8或 1 x 4。故當a 1時，原方程有實數根。

當a 1時，則當 0時，原方程式有實數根。由



²^a ⁷



² ⁴



^a² ¹



⁰

        ，解得 53 a 28。綜上所知，當 53

a 28時，原方程式有實數根。

【評析】1.本題徵答人數共11人，全部答對得滿分7分者只有1人，是臺中市衛

10902

(3)

3.參與本題徵答同學的成績如下：

獲得7分的同學有1人：臺中市衛道國中高暐竣。

台中市東山國中凃皓雲、台北市蘭雅國中洪煜賢、

桃園縣文昌國中蔡子暘、新北市文山國中許皓閔、

新北市江翠國中李可非、新北市南山國中邱曼甯。

獲得3分的同學有1人：新竹市光武國中洪顥宇。

設I 是rABC內部一點，且滿足 1 90 2

AIB ACB

     ， 1

90 2

AIC ABC

     ，

證明：I 是rABC的內心。

【詳解】

[方法1]

作rABC的外接圓，並延長^_AI交於點D。在rBDI中，

BDI ACB

   （同弧所對的圓周角相等），

且 1 1

180 180 (90 ) 90

2 2

BID AIB ACB ACB

               ，

則 1 1

180 180 (90 ) 90

2 2

DBI BDI BID ACB ACB ACB

                   可知BID DBI，則DB DI (1)。

在rCDI中，

CDI ABC

   （同弧所對的圓周角相等），

且 1 1

180 180 (90 ) 90

2 2

CID AIC ABC ABC

               ，

則 1 1

180 180 (90 ) 90

2 2

DCI CDI CID ABC ABC ABC

                  

可知CID DCI ，則DCDI(2)。

由(1)、(2)可知_{DB DC}_ ，則DAB DAC（同弦長所對的圓周角相等），即 AI為BAC的角平分線。又

1 1 1

360 360 (90 ) (90 ) 90

2 2 2

BIC AIB AIC ACB ABC BAC

                     ，

仿上述討論也可知_BI 為ABC的角平分線，所以_I 是rABC的內心。

10903

(4)

[方法2] 設I是rABC的內心，且_I _I，在r_{AI B} 中，

1 1 1 1

180 180 (180 ) 90

2 2 2 2

AI B ABC BAC ACB ACB AIB

                   ，

故A I I B, , , 四點共圓。

在rAI C 中，

1 1 1 1

180 180 (180 ) 90

2 2 2 2

AI C ACB BAC ABC ABC AIC

                   ，

故A I I C, , , 四點共圓。

因A I I, , 三點可以確定一個圓，故B C, 都在圓上，換句話說A I I B C, , , , 五點共圓，也就是說I I, 在rABC的外接圓上，顯然矛盾！

由反證法知I I，即I 是rABC的內心。

【評析】1.本題徵答人數共12人，獲得7分者有1人，獲得6分者有1人，獲得5

分者有3人，獲得3分者有7人。

2.現在國中練習寫證明題的機會已經不多了，老師對於同學能夠提起勇

(5)

其中高暐竣同學整體而言已經抓到核心重點，但是犯了細部的邏輯錯誤，差一點就能滿分，相當可惜！而凃皓雲同學的證明無可挑剔，相當值得嘉許！

3.參與本題徵答的同學成績如下：

獲得7分的同學有1人：台中市東山國中凃皓雲。

獲得6分的同學有1人：台中市衛道國中高暐竣。

台北市延平國中何政遠、新北市永和國中鍾葳、

新竹市光華國中張原嘉。

台北市蘭雅國中郭姿筠、台北市師大附中國中部徐嘉宏、

新北市江翠國中鍾堡淀、新北市江翠國中高瑋伯、

新北市南山國中邱曼甯、新北市碧華國中林瑾冠、

桃園縣文昌國中蔡子暘。

(6)

一對主人夫婦，邀請五對夫婦來吃飯，除了不跟自己的另一半握手外，每個人都與若干個人握手（可能不握），若除了女主人之外的十一個人，與之握手的人數都不相同，請問女主人與多少個人握手？

【簡答】女主人共握了5次手

【詳解】令主人夫婦的握手數是(H1, H0)，而五對客人的握手數分別為(A1, A0), (B1, B0), (C1,C0), (D1, D0), (E1, E0)

每個人可能的握手數為0, 1, 2, …, 10，

所以除了女主人的十一個人的握手數剛好就是0, 1, 2, …, 10，

考慮握最多的人，不妨設E1=10，如此一來，除E0外，不可能有人是 0，所以E0=0

把此對夫婦拿掉，則其它人每個人握手數都少一(含女主人)，

所以除了女主人的九個人的握手數剛好就是0, 1, 2, …, 8，

同樣的方法，再拿掉一對夫婦，則其它人每個人握手數都少一，

如此，除了女主人的七個人的握手數剛好就是0, 1, 2, …, 6，

一直用相同的手法，直到把最後一對客人夫婦拿掉，女主人共少了5 次，故女主人共握了5次手。

【評析】

1. 本題作答者有15人，平均得分5.3分。

參與本題徵答的同學成績如下：

作答完整，獲得滿分7分的同學有8人：

台中市東山國中凃皓雲、桃園市復旦國中傅彥綱、

桃園縣文昌國中蔡子暘、新北市江翠國中李可非、

新北市江翠國中張朝凱、新北市江翠國中劉建亨、

新北市江翠國中鍾堡淀、臺中市衛道國中高暐竣。

獲得6分的同學有1人：新竹市光華國中張原嘉。

台北市國北教大實小廖育佑、台北市蘭雅國中施瑋庭、

台北市蘭雅國中陳信杰。

2. 這樣的題目主要的方法是邏輯的推導，利用極端值出發，針對最大值或最小值的討論，逐一完整的推出可能情形，大部分同學夠細心，都可以完整作答，

值得嘉獎，但有些許的同學只把一種情形寫出，並沒有說明，這無法保證這是否是唯一的情形。另外，希望同學除了完整回答這個問題之外，也可以想想，如果推廣到100對夫婦會怎樣，或

n

對夫婦會怎樣？

10904

(7)

【簡答】(1) 5；(2) f(x) = 5x²–15x+11。

【詳解】設α、β是f(x) = ax²+bx+c = 0的兩個根，

1＜α＜β＜2，a,b,c都是整數，a＞0，

則 f(x) = a(x–α)(x–β)，得

f(1) =a+b+c = a(1–α)(1–β)，f(2) = 4a+2b+c = a(2–α)(2–β) 都是正整數，故

1 ≤ f(1)f(2) =a²(1–α)(1–β)(2–α)(2–β) =a²[(α–1)(2–α)][(β–1)(2–β) ]。

∵(α–1)(2–α) = –α²+3α–2 =

4 ) 1 2 ( 3 ² 

  ≤

4

1 ，同理，(β–1)(2–β) ≤

4 1 ，

∴[(α–1)(2–α)][(β–1)(2–β) ] ≤ 16

1 ，等號於α= β = 2

3時成立，但α＜

β，而有a²[(α–1)(2–α)][(β–1)(2–β) ]＜ 16

a2 ，得1＜ 16

a2 ，正整數a的最小值可能是5。

若a = 5，則α +β= 5

b ，αβ= 5 c ，

而1＜α＜β＜2，故2＜

5

b ＜4，b²–20c＞0，

∵f(1) = 5+b+c、f(2) = 20+2b+c、–b、c都是正整數，

∴c  –4–b，c  –19–2b，11≤ –b≤ 19，b²＞20c，得

b²＞–80–20b，b²＞–380–40b，整理為(b+10)²＞20，(b+20)²＞ 20，

解得b=–15，c = 11。

綜合以上所述，可知

(1)正整數a的最小值為5；(2) a最小時，f(x) = 5x²–15x+11。

【評析】

本題以上解法，主要應用了一元二次方程式根之性質(韋達定理)與二次函數之求極值(配方法)，完全是代數方法，解題概念相當的基本，解題設計則利用了一點巧思。同學之答題，關於數值a，大多以窮舉法檢視，幸好a之最小值不大，總算能有所得，但從數學研究之觀點來看，還是先設法找出a之範圍為宜。

當然，本題之求解也可以引用幾何方法，幫助釐清思路。依題意，在坐標平面上，拋物線y = ax²+bx+c上之A(1, a+b+c)、B(2, 4a+2b+c)兩點都是第一象限內的格子點，而其極小點則在第四象限內，即b²–4ac＞0，如此，也可找到整

(8)

數a,b,c間之關係。應答同學中有三位應用了類此之幾何圖解，只是相關的討論與說明還有待精進。

本題共有8位同學應徵答題，成績如下：

獲得6分者2人：

臺中市衛道國中高暐竣同學、臺中市東山國中凃皓雲同學。

桃園縣文昌國中蔡子暘同學、新北市江翠國中鍾堡淀同學。

新北市文山國中許皓閔同學、新北市江翠國中李可非同學、

新北市江翠國中高瑋伯同學、台北市師大附中國中部徐嘉宏同學。