Látum $a_1,\dots,a_n$ vera ólíkar oddatölur, þannig að engin
frumtala stærri en 5 gangi upp í neinni þeirra. Sýnið að
$$
\frac 1{a_1}+\cdots +\frac 1{a_n} \lt 2.
$$
Lausn
Þar sem engin frumtala hærri en $5$ gengur upp í neinni talnanna og einungis er um
oddatölur að ræða, þá eru tölurnar $a_1,\dots,a_n$ margfeldi af
heiltöluveldum af $3$ og $5$. Við getum því skrifað þær sem
$a_m=3^{j_m}5^{k_m}$. Veljum nú $N$ það stórt að allar tölurnar
$a_1,\dots,a_n$ séu í menginu $\{3^j5^k: 0\leq j\leq N, 0\leq k\leq N\}$.
Við höfum þá að
$$
\begin{aligned}
\frac{1}{a_1}+\cdots+\frac{1}{a_n} &\leq
1\cdot \bigg(1+\frac{1}{5}+\frac{1}{5^2}+\cdots+\frac{1}{5^N}\bigg)\\
&+\frac{1}{3}\cdot \bigg(1+\frac{1}{5}+\frac{1}{5^2}+\cdots+\frac{1}{5^N}\bigg)\\
&\quad\quad \vdots\quad\quad\quad\quad \vdots \quad\quad\quad\quad \vdots\\
&+\frac{1}{3^N}\cdot \bigg(1+\frac{1}{5}+\frac{1}{5^2}+\cdots+\frac{1}{5^N}\bigg)\\
&=\bigg(1+\frac{1}{3}+\frac{1}{3^2}+\cdots+\frac{1}{3^N}\bigg)\cdot\bigg(1+\frac{1}{5} +\frac{1}{5^2}+\cdots+\frac{1}{5^N}\bigg).
\end{aligned}
$$
Nú notum við formúluna fyrir jafnhlutfallaröð,
$$
\begin{aligned}
1+\frac{1}{3}+\frac 1{3^2}+\cdots+\frac{1}{3^N}
=\frac{1-1/3^{N+1}}{1-1/3}\lt \frac{1}{1-1/3} = \frac{3}{2},\\
1+\frac{1}{5}+\frac{1}{5^2}+\cdots+\frac{1}{5^N}
=\frac{1-1/5^{N+1}}{1-1/5}\lt\frac{1}{1-1/5} = \frac{5}{4}.
\end{aligned}
$$
Þar með er
$$
\frac{1}{a_1}+\cdots+\frac{1}{a_n} \leq \frac{3}{2}\cdot \frac{5}{4}
=\frac{15}{8}\lt 2.
$$