设 $a,b,c$ 和 $\left(a-\dfrac 1b\right)\left(b-\dfrac 1c\right)\left(c-\dfrac 1a\right)$ 均为正整数,则 $2a+3b+5c$ 的最大值和最小值之差为 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
2017年北京大学博雅计划数学试题
【标注】
【答案】
A
【解析】
由于\[\left(a-\dfrac 1b\right)\left(b-\dfrac 1c\right)\left(c-\dfrac 1a\right)=abc-a-b-c+\dfrac 1a+\dfrac 1b+\dfrac 1c-\dfrac{1}{abc}\]是正整数,因此\[m=\dfrac 1a+\dfrac 1b+\dfrac 1c-\dfrac{1}{abc}\]是正整数.接下来探索所有可能的解,不妨先假设 $a\leqslant b\leqslant c$.
显然 $a\leqslant 2$,否则 $m<1$,不符合题意.于是 $a=1,2$.
情形一 $a=1$.此时 $b\geqslant 2$,否则 $a-\dfrac 1b=0$,不符合题意.因此\[0<\dfrac 1b+\dfrac 1c-\dfrac{1}{bc}<1,\]于是 $m$ 不可能为正整数.
情形二 $a=2$.此时\[0<\dfrac 1a+\dfrac 1b+\dfrac 1c-\dfrac{1}{abc}<2,\]于是 $m=1$,因此\[\dfrac 1b+\dfrac 1c-\dfrac{1}{2bc}=\dfrac 12,\]即\[(b-2)(c-2)=3,\]解得 $(b,c)=(3,5)$.
综上所述,符合题意的解为 $\{a,b,c\}=\{2,3,5\}$,由排序不等式可知 $2a+3b+5c$ 的最大值与最小值分别为 $38$ 与 $29$,故所求差为 $9$.
显然 $a\leqslant 2$,否则 $m<1$,不符合题意.于是 $a=1,2$.
综上所述,符合题意的解为 $\{a,b,c\}=\{2,3,5\}$,由排序不等式可知 $2a+3b+5c$ 的最大值与最小值分别为 $38$ 与 $29$,故所求差为 $9$.
题目
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