二元一次不定方程整数解的两种常用解法

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发表于 2019-7-2 07:22:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
二元一次不定方程整数解的两种常用解法
◎迟文焕
(长春建筑学院,吉林 长春 130000)
【摘要】不定方程整数解问题由来已久.公元5世纪,我国数学家张丘建在《算经》中记载的“百鸡问题”就是不定方程整数解问题.在本文中,我们介绍了二元一次不定方程的三种解法——观察法和同余法,并给出相应例题,以便加深对解题方法的理解.
【关键词】二元一次不定方程;观察法;同余法
一、基础知识

形如ax+by=c(a,b,c∈Z,且ab≠0)

(1-1)

的不定方程称为二元一次不定方程.

下面给出二元一次不定方程整数解的存在性的相关定理.

定理1.1[1] (1-1)式有整数解的充分与必要条件是(a,b)|c.

定理1.2[1] 设二元一次不定方程ax+by=c(其中a,b,c是整数,且ab≠0)有一整数解x=x0,y=y0;又设(a,b)=d,a=a1d,b=b1d,则(1-1)的一切解可以表示成

x=x0-b1t,y=y0+a1t(t=0,±1,±2,…).

(1-2)

二、解题方法(一)观察法

观察法适用于a|c或b|c的情况.若a|c,则令若b|c,则令由x0,y0及定理1.2可表示出不定方程的所有整数解.

例1 中国古代数学家张丘建曾经解答了下面的题目:

“鸡翁一,值钱五,鸡母一,值钱三,鸡雏三,值钱一.百钱买百鸡.问鸡翁、母、雏各几何?”

设用x,y,z分别代表鸡翁、鸡母、鸡雏的数目,可得到如下不定方程组:


消去z即得二元一次不定方程7x+4y=100.

解 因为(7,4)=1,得(7,4)|100,所以由定理1.1知原方程有整数解.

又因为4|100,所以可得到方程的一组特解x0=0,y0=25,并且a1=7/(7,4),b1=4/(7,4),由定理1.2知原方程的一切整数解可以表示为

x=-4t,y=25+7t,t=(0,±1,±2,…).

(2-1)

因为x≥0,y≥0,所以易得即t=-3,-2,-1,0.将t=-3,-2,-1,0分别代入(2-1)式,求出x,y的值,再将x,y的值代入等式z=100-x-y,得z的值.这样就得到了以下四组结果:


只有当不定方程的特解很容易求得时,这个方法才很适用.

(二)同余法

同余法[2-4]就是利用同余理论解决不定方程问题的方法.

通常,我们研究不定方程

f(x1,…,xn)=0

(2-2)

的整数解,这里f(x1,…,xn)是n元整系数多项式.(2-2)对应的同余式为

f(x1,…,xn)≡0(modm).

(2-3)

这里m>1,是给定的整数.

定理2.1[5] 不定方程(2-2)有整数解,则同余式(2-3)对所有的正整数m>1有解.

例2 用解同余式法求例1中不定方程的非负整数解.

解 取模4可得原方程等价于同余式7x≡3x≡0(mod4),此同余式的解为x≡0(mod4),即x=-4t(t=0,±1,±2,…),把x=-4t代入原方程得y=25+7t(t=0,±1,±2,…).

由题意可知x≥0,y≥0,因此

故t=-3,-2,-1,0.

又鸡雏数是z=100-x-y=-3t,

这样就得到了以下四组结果:


用同余法求解不定方程可以避免复杂的求特解过程.

【参考文献】

[1]Schmidt W M Diophantine Approximation and Diophantine Equations[M].Berlin:Springer-Verlag,1991.

[2]乐茂华.Gelfond-Baker方法在丢番图方程中的应用[M].北京:科学出版社,1998.

[3]柯召,孙琦.数论讲义(下册):第2版[M].北京:高等教育出版社,2003.

[4]Burn R P.A Pathway into Number Theory[M].Cambridge:Cambridge University Press,1982.

[5]曹珍富.不定方程及应用[M].上海:上海交通大学出版社,2000.



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