Hemmes mathematische Rätsel: Wie viele verschiedene Arten kann man den Bruch schreiben?

Der in Aachen lebende Mathematiker Aloys Krieg wurde 1955 in Ostbevern in Westfalen geboren. Er studierte Mathematik an der Universität Münster und wurde 1992 mit dem Bennigsen-Foerder-Preis des Landes Nordrhein-Westfalen ausgezeichnet. Nach einer Gastprofessur an der University of California, San Diego, kam er 1993 als Mathematikprofessor an die RWTH Aachen. Dort war er 16 Jahre als Prorektor für Lehre tätig und führte die RWTH 2017 zum Genius Loci-Preis für Lehrexzellenz des Stifterverbands. 2024 wurde er emeritiert. Die Unterhaltungsmathematik ist ihm nicht fremd. Im Januar 2026 veröffentlichte er in der Aachener Zeitung die folgende Kopfnuss.
Brüche der Form 1/n mit einer 1 im Zähler und einer positiven ganzen Zahl n im Nenner heißen Stammbrüche. Weil sie schon vor 5000 Jahren im alten Ägypten verwendet wurden und die Grundlage der ägyptischen Zahlschrift bildeten, nennt man sie auch häufig ägyptische Brüche. Man kann natürlich jede positive rationale Zahl als Summe von Stammbrüchen schreiben, aber nicht unbedingt nur auf eine Weise. So ist beispielsweise 2/7 = 1/7 + 1/7 oder aber auch 2/7 = 1/4 + 1/28. Auf wie viele verschiedene Weisen kann man den Stammbruch 1/p, wobei p eine Primzahl ist, als Summe zweier Stammbrüche 1/a + 1/b schreiben?
Weil in der Gleichung 1/p = 1/a + 1/b alle drei Variablen positiv sind, muss sowohl a > p als auch b > p sein. Die Gleichung lässt sich durch Herausmultiplizieren der Nenner zu ab – ap – bp = 0 umformen. Addiert man p2 auf beiden Seiten der Gleichung, ergibt sich ab – ap – bp + p2 = p2 oder (a – p)(b – p) = p2. Folglich sind a – p und b – p Teiler von p2. Da p eine Primzahl ist, können dies nur 1, p oder p2 sein. Dies führt zu den drei Lösungen (a, b) = (p + 1, p(p + 1)), (a, b) = (2p, 2p) und (a, b) = (p(p + 1), p + 1). Somit gibt es, von der Vertauschung der Summanden abgesehen, nur die beiden Möglichkeiten 1/p = 1/(2p) + 1/(2p) und 1/p = 1/(p + 1) + 1/(p(p + 1)), einen Primzahl-Stammbruch als Summe zweier Stammbrüche zu schreiben.
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