丢番图方程整数解方法

求不定方程整数解的常用方法
不定方程是指未知数的个数多于方程的个数,且未知数受到某些限制(如要求是有理数,整数或正整数等)的方程或方程组。不定方程也称丢番图方程,是数论的重要分支学科,也是数学上最活跃的数学领域之一。我国对不定方程的研究已延续了数千年,“百钱百鸡问题”等一直流传至今,“物不知其数”的解法被称为中国剩余定理。一般常用的求不定方程整数解的方法包括:
(1)分离整数法
此法主要是通过解未知数的系数中绝对值较小的未知数,将其结果中整数部分分离出来,则剩下部分仍为整数,则令其为一个新的整数变量,以此类推,直到能直接观察出特解的不定方程为止,再追根溯源,求出原方程的特解.
例1 求不定方程的整数解
已知方程可化为
       
因为y是整数,所以也是整数.
由此
          x+2=1,-1,3,-3,即
            x=-1,-3,1,-5,
相应的
所以方程的整数解为(-1,4),(-3,0),(1,2),(-5,0).
(2)辗转相除法
此法主要借助辗转相除式逆推求特解,具体步骤如下:
第一步,化简方程,尽量化简为简洁形式(便于利用同余、奇偶分析的形式);
第二步,缩小未知数的范围,就是利用限定条件将未知数限定在某一范围内,便于下一步讨论;
第三步,用辗转相除法解不定方程.
例2 求不定方程的整数解.
因为,所以原方程有整数解.
用辗转相除法求特解:
                   
从最后一个式子向上逆推得到
                       
所以
                     
则特解为
                       
通解为
                 
或改写为
                   
(3)不等式估值法
先通过对所考查的量的放缩得到未知数取值条件的不等式,再解这些不等式得到未知数的取值范围.
例3 求方程适合的正整数解.
因为
                     
所以
                       
所以
                 
                   
花木马女装所以
                     
所以
时有
                     
所以
                     
所以
                       
所以
所以
时有
                       
工人阶级领导一切所以
                   
所以
                     
所以
所以
(4)逐渐减小系数法
此法主要是利用变量替换,使不定方程未知数的系数逐渐减小,直到出现一个未知量的系数为的不定方程为止,直接解出这样的不定方程(或可以直接能用观察法得到特解的不定方程为止,再依次反推上去)得到原方程的通解.
例4 求不定方程的整数解.
因为,所以原方程有整数解.
,用来表示,得
刀述仁
                       
则令
                   
由4<37,用来表示,得
                       
将上述结果一一带回,得原方程的通解为
                       
解一元二次不定方程通常先判定方程有无解.若有解,可先求的一个特解,从而写出通解.当不定方程系数不大时,有时可以通过观察法求得其解,即引入变量,逐渐减小系数,直到容易求得其特解为止.
对于二元一次不定方程来说有整数解的充要条件是.
               
(5)分离常数项的方法
对于未知数的系数和常数项之间有某些特殊关系的不定方程,如常数项可以拆成两未知数的系数的倍数的和或差的不定方程,可采用分解常数项的方法去求解方程.
例5 求不定方程的整数解.
原方程等价于
       
因为
                               
所以
绍兴县鉴湖小学                             
所以原方程的通解为
(6)奇偶性分析法
从讨论未知数的奇偶性入手,一方面可缩小未知数的取值范围,另一方面又可用代入方程,使方程变形为便于讨论的等价形式.
例6 求方程的正整数解.
显然,不妨设
                         
因为328是偶数,所以的奇偶性相同,从而是偶数.
                       
所以
                           
代入原方程得
                       
同理,令
           
于是,有
                       
xcel再令
义务教育课程标准实验教科书语文七年级上册                   
                     
此时,必有一奇一偶,且
                         
得相应的
                     
所以,只能是
从而
                                 
结合方程的对称性知方程有两组解
(7)换元法
利用不定方程未知数之间的关系(如常见的倍数关系),通过代换消去未知数或倍数,使方程简化,从而达到求解的目的.
例7 求方程的正整数解.
显见,为此,可设其中为正整数.

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