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Problema 712
Dado un entero $n\geq 2$, tomemos todas las fracciones de la forma $\frac{1}{ab}$, donde $a$ y $b$ son números naturales primos entre sí y tales que $a\lt b\leq n$ y $a+b\gt n$. Demostrar que la suma de estas fracciones es $\frac{1}{2}$.
pistasolución 1info
Pista. Haz inducción sobre $n$.
Solución. Llamemos $S(n)$ a la suma de fracciones que nos dice el enunciado y veamos que $S(n)=\frac{1}{2}$ por inducción sobre $n$. En el caso inicial $n=2$, la única fracción que cumple esos requisitos es $\frac{1}{2}$ para $a=1$ y $b=2$, luego $S(2)=\frac{1}{2}$. Supongamos que $S(n)=\frac{1}{2}$ para cierto $n\geq 2$ y probemos que $S(n+1)=\frac{1}{2}$. Observemos que las sumas $S(n)$ y $S(n+1)$ contienen los mismos sumandos excepto los siguientes:
  • Los sumandos que aparecen en $S(n)$ y no en $S(n+1)$ son aquellos en que $a+b=n+1$.
  • Los sumandos que aparecen en $S(n+1)$ y no en $S(n)$ son aquellos en que $b=n+1$.
Ahora bien, cada par $(a,b)$ de primos relativos con $a+b=n+1$ se puede poner en correspondencia con los pares de primos relativos $(a,n+1)$ y $(b,n+1)$. El valor total de los sumandos no varía ya que \[\frac{1}{a(n+1)}+\frac{1}{b(n+1)}=\frac{a+b}{ab(n+1)}=\frac{1}{ab},\] luego $S(n+1)=S(n)=\frac{1}{2}$ y el enunciado queda demostrado.
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