由不定方程……(x<y<z)的正整数解而产生的一个命题

来源 :数理化学习·高一二版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:atang2010
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  参考文献中“
  5121
  =125+1759
  +1208725
  ”是5121的第一类好表法,我们通过讨论认为:由于
  5121的第一类好表法不是唯一的,该问题就是讨论“不定方程
  5121=
  1x+1y+1z (x  的正整数解”,并由此得到了讨论真分数的第一类好表法的探讨方法.
  命题:若m,n∈N+则不定方程
  1x+1y
  =mn (x≤y)
  (1)
  (i)有相同正整数解的充分条件是:
  m=1或m=2.
  (ii)有不同整数解(x  a,b满足:a>b,a|n,b|n,m|a+b,且其解为:
  x=(1+ba)nm
  ,y=(1+ab
  )nm.
  证明:(i)充分性:设x=y,代入(1)得
  x=2nm,因此
  m|2n,由于(m,n)=1,所以
  m|2.所以m=1或2.
  (ii)充分性:设x,y∈N+,x  mxy=n(x+y.
  设
  (x,y)=d,x=dx1,y=dy1,x1  得 mdx1y1=m(x1+y1)
  因为(m,n)=1,(x1,y1)=1.
  所以
  (x1y1,x1+y1)=1,x1y1|n,m|x1+y1
  取
  a=y1,b=x1,
  则
  a|n,b|n,m|a+b,d=nm
  (1a+1b)
  所以,x=(1+ba)nm.
  y=(1+ab)nm
  必要性:设a+b=km,n=aα,n=bβ,k,α,β∈N+,α<β,
  得
  kmn
  =1α+1β,
  mn
  =1kα+
  1kβ.
  令kα=x,kβ=y(x  所以x=(1+b a)nm
  ,y=(1+ab)nm,是
  1x+1y=
  mn的解,
  故命题得证.
  由该命题得到:当
  mn一定时,不定方程(1)的解仅与
  ab有关.
  推论:如果a1,b1与a2,b2分别是方程(1)中n的两不同因素,并满足
  m|a1+b1,m|a2+b2,
  a1b1=a2b2则对应
  a1,b1的解与对应a2,b2的解是同解.
  由此推论可大大减少方程(1)的运算量,应予以重视.
  例1 求不定方程
  1x+
  1y=
  49 (x≤y)的正整数解.
  解: 显然该不定方程仅有x  因为9=32有三个因素1 ,3 ,9.
  满足4|a+b的a+b有(a,b)=(3,1),(9,3),
  由于
  ba
  =13.
  所以x=3,y=9.
  下面来讨论
  1x
  +1y
  +1z
  =5121
  (x  的正整数解.
  解:由题意得
  1y
  +1z
  =5x-12121x
  
  3x
  >1x
  +1y
  +1z
  =5121
  所以25≤x≤72.
  当
  x=25时,1y+1z
  =452×112.
  n=52×112有9个因素:1,5,11,25,55,121,275,605,3025.
  满足4|a+b的因素有:(a,b)=(11,1),(11,5),(25,11),(55,1),(55,5),(55,25),(121,11),(121,55),(275,1),(275,5),(275,25),(275,121),(605,11),(605,55),(605,275),(3025,11),(3025,55)(3025,275).
  其ba分别为:
  111
  ,511
  ,1125,155
  ,111
  ,511
  ,111,511
  ,1275
  ,155
  ,111
  ,1125
  ,155,
  111
  ,511
  ,1285,155
  ,111.
  不同的ba的值仅有5个,即:
  ba
  =111
  ,155
  ,1275
  ,511
  ,1125.
  由此求得(y,z)=(825,9075),(770,42350),(759,208725),(1100,2420),(1089,2475)
  再将x=25加上去便得到不定方程的五组解.
  同样依次取x=26,27,28,…,72便可以得到
  (x,y,z)=(26,351,84942),(26,350,275275),(26,352,50336),(26,363,9438),(27,242,6434),(27,234,84942),(27,297,1089),(30,132,2420),(33,121,363),(33,91,33033),(33,93,37510),(33,99,1089),(34,84,172788),(44,54,13068),(44,55,2420),(45,55,1089).
  综上所述便求得了
  5121=1x
  +1y+1z(x  
  参考文献:
  [1] 柯召,孙琦.单位分数.
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