不定方程-解题方法-魔数师说

不定方程

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“ 丢番图方程(Diophantine Equation):有一个或者几个变量的整系数方程,它们的求解仅仅在整数范围内进行。最后这个限制使得丢番图方程求解与实数范围方程求解有根本的不同。丢番图方程又名不定方程、整系数多项式方程,是变量仅容许是整数的多项式等式。”丢番图方程是数论中最古老的分支之一。古希腊的丢番图早在公元3世纪就开始研究不定方程,因此常称不定方...

 丢番图方程(Diophantine Equation):有一个或者几个变量的整系数方程,它们的求解仅仅在整数范围内进行。最后这个限制使得丢番图方程求解与实数范围方程求解有根本的不同。丢番图方程又名不定方程、整系数多项式方程,是变量仅容许是整数的多项式等式。

丢番图方程是数论中最古老的分支之一。古希腊的丢番图早在公元3世纪就开始研究不定方程,因此常称不定方程为丢番图方程。Diophantus,古代希腊人,被誉为代数学的鼻祖,流传下来关于他的生平事迹并不多。今天我们称整系数的不定方程为「Diophantus方程」,内容主要是探讨其整数解或有理数解。他有三本著作,其中最有名的是《算术》,当中包含了189个问题及其答案,而许多都是不定方程组 (变量的个数大于方程的个数)或不定方程式 (两个变数以上)。丢番图只考虑正有理数解,而不定方程通常有无穷多解的。


研究不定方程要解决三个问题:
1.判断何时有解。
2.有解时决定解的个数。

3.求出所有的解。


中国是研究不定方程最早的国家,公元初的五家共井问题就是一个不定方程组问题,公元5世纪的《 张丘建算经》中的百鸡问题标志中国对不定方程理论有了系统研究。秦九韶的大衍求一术将不定方程与同余理论联系起来。百鸡问题说:"鸡翁一,直钱五,鸡母一,直钱三,鸡雏三,直钱一。百钱买百鸡,问鸡翁、母、雏各几何?"。设  分别表鸡翁、母、雏的个数,则此问题即为不定方程组的非负整数解  ,这是一个三元不定方程组问题。

——以上来源《百度百科》。

【例1】求  的所有正整数解  。

解:由对称性,不妨设  .
显然
  ,
于是
  .
  ,
于是
  .
由  知,
(1)  时,  ;
(2)  时,  无解;
(3)  时,  无解;
(4)  时,  无解.
于是,原方程只有一组正整数解  :  .


【例2】求  的所有正整数解。(来源:美国康州 DZY)

解:  ,

  

  

  

  

从而,

  

(1)若  为偶数,  在两相邻整数间,无解;

(2)若  为奇数,

  

得, 

 

化简得,

  

由  ,解得:

  

此时,

  

所以,原方程只有一组正整数解:

  .


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