
Opgave 1. Zij $f: \mathbb{Z}_{>0} \rightarrow \mathbb{R}$ een functie waarvoor geldt: voor alle $n>1$ is er een priemdeler $p$ van $n$ zodat

$$
f(n)=f\left(\frac{n}{p}\right)-f(p)
$$

Bovendien is gegeven dat $f\left(2^{2014}\right)+f\left(3^{2015}\right)+f\left(5^{2016}\right)=2013$.

Bereken $f\left(2014^{2}\right)+f\left(2015^{3}\right)+f\left(2016^{5}\right)$.


Oplossing. Als $n=q$ met $q$ priem, dan is er maar één priemdeler van $n$, namelijk $q$, dus moet gelden dat $f(q)=f(1)-f(q)$, dus $f(q)=\frac{1}{2} f(1)$. Als $n=q^{2}$ met $q$ priem, dan heeft $n$ ook maar één priemdeler, dus geldt $f\left(q^{2}\right)=f(q)-f(q)=0$. We bewijzen nu met inductie naar $k$ dat $f\left(q^{k}\right)=\frac{2-k}{2} f(1)$ als $q$ een priemgetal is en $k$ een positief geheel getal. Voor $k=1$ en $k=2$ hebben we dit al laten zien. Stel nu dat $f\left(q^{k}\right)=\frac{2-k}{2} f(1)$ voor zekere $k \geq 2$ en vul in $n=q^{k+1}$. Er geldt

$$
f\left(q^{k+1}\right)=f\left(q^{k}\right)-f(q)=\frac{2-k}{2} f(1)-\frac{1}{2} f(1)=\frac{2-(k+1)}{2} f(1) .
$$

Dit voltooit de inductie.

$\mathrm{Nu}$ gebruiken we ons tweede gegeven. Er geldt

$$
\begin{aligned}
2013 & =f\left(2^{2014}\right)+f\left(3^{2015}\right)+f\left(5^{2016}\right) \\
& =\frac{2-2014}{2} f(1)+\frac{2-2015}{2} f(1)+\frac{2-2016}{2} f(1) \\
& =-\frac{6039}{2} f(1)
\end{aligned}
$$

dus $f(1)=\frac{2013 \cdot 2}{-6039}=-\frac{2}{3}$. En dan geldt voor elk priemgetal $q$ dat $f(q)=\frac{1}{2} f(1)=-\frac{1}{3}$.

We bewijzen vervolgens dat als $n=p_{1} p_{2} \cdots p_{m}$ met $p_{1}, p_{2}, \ldots, p_{m}$ niet noodzakelijk verschillende priemgetallen en $m \geq 0$, dat dan geldt $f(n)=\frac{m-2}{3}$. Dit doen we met inductie naar $m$. Voor $m=0$ is $n=1$ en $f(1)=-\frac{2}{3}=\frac{0-2}{3}$, dus hiervoor klopt het. Stel nu dat we het bewezen hebben voor zekere $m \geq 0$. Bekijk een willekeurige $n$ van de vorm $n=p_{1} p_{2} \cdots p_{m+1}$. Dan is $n>1$, dus is er een priemfactor $p \mid n$ waarvoor geldt $f(n)=f\left(\frac{n}{p}\right)-f(p)$; zonder verlies van algemeenheid is dit $p=p_{m+1}$. Nu volgt

$$
f(n)=f\left(p_{1} p_{2} \cdots p_{m}\right)-f\left(p_{m+1}\right)=\frac{m-2}{3}--\frac{1}{3}=\frac{(m+1)-2}{3} .
$$

Dit voltooit de inductie.

We kunnen nu het gevraagde berekenen. De priemfactorisaties van 2014, 2015 en 2016 zijn $2014=2 \cdot 19 \cdot 53,2015=5 \cdot 13 \cdot 31$ en $2016=2^{5} \cdot 3^{2} \cdot 7$, dus

$$
f\left(2014^{2}\right)+f\left(2015^{3}\right)+f\left(2016^{5}\right)=\frac{6-2}{3}+\frac{9-2}{3}+\frac{40-2}{3}=\frac{49}{3} .
$$
