约3960字 数学奥赛辅导 第四讲 不定方程
知识、方法、技能
不定方程是指未知数的个数多于方程的个数,且未知数的取值范围是受某些限制(如整数、正整数或有理数)的方程.不定方程是数论的一个重要课题,也是一个非常困难和复杂的课题.
Ⅰ. 几类不定方程
1.一次不定方程
在不定方程和不定方程组中,最简单的不定方程是整系数方程
通常称之为二元一次不定方程.
一次不定方程解的情况有如下定理.
定理一:二元一次不定方程
为整数.
有整数解的充分必要条件是 . ①
【证】必要性 设 是①的解,则有 .
设
充分性 设 且 ,有 .因 ,则存在 ,使得
,
于是有
所以 是①的解.
显然,当方程①有解时, . 则用 去除①的两端有
②
此时, 且②与①同解,因此,我们只须讨论 时方程①的解.
定理二:若 为①之一解,则方程①全部解为
. (t为整数).
【证】设 为①的一解,则有
③
设 是①的任一解. 用①式减去③式有
.
因为 于是有 ,即 从而有 将此结果代入上式得 .即方程任一解都可以表示为 为整数).
反之,若 是①的解,则容易验证 均是①的解. 从而定理得证.
2.沛尔 方程
二元二次不定方程本质上归结为(双曲型)方程
④
的研究,其中 都是整数, 且非平方数,而 .方程④的一个特殊情形
⑤
最为重要,也最为基础,这称为沛尔方程. 能够证明(本书不予讨论)方程⑤一定有无穷多组正整数解;又设 是⑤的正整数解 中使 最小的解,则⑤的全部正整数解由
⑥
给出.(n=1,2,…)
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