不定方程的整数解修改稿教学资料

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《不定方程的解法》教案

《不定方程的解法》教案

《不定方程的解法》教案《不定方程的解法》教案一、教学目标1.理解不定方程的概念及其解法。

2.掌握常用的求解不定方程的技巧。

3.能解决实际生活中的不定方程问题。

二、教学内容及过程1.什么是不定方程?介绍不定方程的定义:未知数的个数多于方程的个数,且未知数的系数为整数(或小数),且用整(或小数)表示的方程。

2.不定方程的解法(1)整除法:利用整数的整除性质求解。

例如:3x+5y=7,其中x,y均为整数,求满足条件的解。

我们可以发现3和7的公约数只有1,那么我们就可以知道x和y必然是3和7的公约数。

所以可以得到一组解x=1,y=2或者x=2,y=1。

(2)奇偶性分析法:通过分析奇偶性求解。

例如:3x+5y=9,其中x,y均为整数,求满足条件的解。

我们可以观察到方程左边是奇数,那么右边的数也必须是奇数。

而9是奇数,所以可以得到一组解x=0,y=3或者x=3,y=0。

(3)质因数分解法:通过质因数分解求解。

例如:2x+3y=18,其中x,y均为整数,求满足条件的解。

我们可以把18分解成2和3的因子相乘的形式,即18=2×3×3。

因此可以得到一组解x=0,y=6或者x=3,y=4或者x=6,y=3或者x=9,y=2或者x=12,y=1。

(4)分组法:将方程分成若干组,然后分别求解。

例如:4x+6y=18,其中x,y 均为整数,求满足条件的解。

我们可以将方程分成两组进行求解,即(4x+6y=18)=(4x+6(y-1))+(6y+6)=2[2x+(3y-3)]+6=(2x+3(y-1))+6=(2x+3)+(3(y-1))+6 得到两组解x=0, y=3; x=-3, y=4; x=-6, y=5; x=-9, y=6; x=-12, y=7; x=-15, y=8; x=-18, y=9; x=-21, y=10; x=-24, y=11; x=-27, y=12。

(5)枚举法:列举出所有可能的解。

人教版五下数学22、五年级下册数学奥数专题讲座第七课(从不定方程的整数解)公开课课件教案

人教版五下数学22、五年级下册数学奥数专题讲座第七课(从不定方程的整数解)公开课课件教案

五年级下册数学奥数专题讲座第七课《从不定方程的整数解》练习题及答案五年级奥数下册:第七讲从不定方程1/n = 1/x + 1/y的整数解谈起五年级奥数下册:第七讲从不定方程1/n = 1/x + 1/y的整数解习题五年级奥数下册:第七讲不定方程1/n = 1/x + 1/y的整数解习题解答活动目的:教育学生懂得“水”这一宝贵资源对于我们来说是极为珍贵的,每个人都要保护它,做到节约每一滴水,造福子孙万代。

活动过程:1.主持人上场,神秘地说:“我让大家猜个谜语,你们愿意吗?”大家回答:“愿意!”主持人口述谜语:“双手抓不起,一刀劈不开,煮饭和洗衣,都要请它来。

”主持人问:“谁知道这是什么?”生答:“水!”一生戴上水的头饰上场说:“我就是同学们猜到的水。

听大家说,我的用处可大了,是真的吗?”主持人:我宣布:“水”是万物之源主题班会现在开始。

水说:“同学们,你们知道我有多重要吗?”齐答:“知道。

”甲:如果没有水,我们人类就无法生存。

小熊说:我们动物可喜欢你了,没有水我们会死掉的。

花说:我们花草树木更喜欢和你做朋友,没有水,我们早就枯死了,就不能为美化环境做贡献了。

主持人:下面请听快板《水的用处真叫大》竹板一敲来说话,水的用处真叫大;洗衣服,洗碗筷,洗脸洗手又洗脚,煮饭洗菜又沏茶,生活处处离不开它。

栽小树,种庄稼,农民伯伯把它夸;鱼儿河马大对虾,日日夜夜不离它;采煤发电要靠它,京城美化更要它。

主持人:同学们,听完了这个快板,你们说水的用处大不大?甲说:看了他们的快板表演,我知道日常生活种离不了水。

乙说:看了表演后,我知道水对庄稼、植物是非常重要的。

丙说:我还知道水对美化城市起很大作用。

2.主持人:水有这么多用处,你们该怎样做呢?(1)(生):我要节约用水,保护水源。

(2)(生):我以前把水壶剩的水随便就到掉很不对,以后我一定把喝剩下的水倒在盆里洗手用。

(3)(生):前几天,我看到了学校电视里转播的“水日谈水”的节目,很受教育,同学们看得可认真了,知道了我们北京是个缺水城市,我们再不能浪费水了。

第1讲 不定方程的整数解

第1讲 不定方程的整数解

第一讲 不定方程的整数解一、公式法不定方程解的通解定理:对于整数(),,,,1a b c a b =,设()00,x y 是方程ax by c +=的一组整数解,那么它的一切整数解为:()()00,,x y x bk y ak =+-,其中k 为任意整数.例1 求不定方程231x y +=的一切整数解.例2 求不定方程41022x y +=的一切整数解.二、变量代换法例3 求4521x y +=的一切整数解.例4 求74100x y +=的正整数解.例5 求不定方程12836100x y z ++=的一切整数解.例6、求方程2x y +=的正整数解.例7、一批参观者决定分乘几辆车,要使每车有同样的人数,每辆汽车至多乘32人. 起先每车乘22人,这时有1人坐不上汽车;开走一辆空车,那么所有的参观者刚好平均分乘余下的汽车. 问原有多少辆汽车,这批参观者有多少人?三、不等式法.例8、已知蟋蟀有6只脚,蜘蛛有8只脚,若干只蟋蟀和蜘蛛共有46只脚,问蟋蟀和蜘蛛各有多少只?例9、求26551x y +=的正整数解.例10、某国硬币有5分和7分两种,问用这两种硬币支付142分货款,有多少种不同的方法例11、求方程n x y z ++=的正整数解,其中n 是正整数,,,x y z 各不相同.例12、证明:不可能有正整数,x y ,使得221111x xy y ++=四、因式分解法例13、证明:方程33311x y +=没有正整数解.例14、求方程26522xy x y +-=的整数解.五、奇偶性分析例15、2006能写成两个整数的四次方的和吗?如能,请举出实例,否则说明理由.例16、求方程1y x z +=的质数解.练习:1.用公式法与变量代换法两种方法求5713x y +=的整数解.2.用不等式控制法求3220x y +=的正整数解.3.求23220x y +=的正整数解.4.求满足不等式2210x xy y ++≤的正整数解(),x y .5.求不定方程2345x y z ++=的一切整数解.6.求不定方程7543x y z -+=的一切整数解.7、 求,,x y z ,使xyz zyx xzyyz ⋅=. 1、求满足11112x y -=且使y 最大的正整数解x . 8、 求()4419870xy x y -++=的正整数解.9、 求满足2243a ab b ++=的正整数,a b .10、 求方程()27x y xy +=+的整数解.11、 求方程()120x x y z +=+的质数解.12、 求方程1111n x y z u+++=的正整数解,其中n 是正整数,且x y z u >>>.。

第十二讲:不定方程的整数解

第十二讲:不定方程的整数解

上海市中学生数学业余学校讲义第十二讲 不定方程的整数解【例题】例1、求方程5x -9y =18整数解的通解.例2、求方程90226=+y x 非负整数解.例3、求方程213197=+y x 的所有正整数解.(练习:求方程2510737=+y x 的整数解)例4、将所有分母不大于99的最简分数从小到大排列,求与7617相邻且排在7617之前的一个数.例5、求方程 162852100=++z y x 的整数解.例6、某校举行数学竞赛,优胜者分一、二、三等奖三种,奖品为数学课外读物。

如果一等奖每人奖5本,二等奖每人奖3本,三等奖每人奖2本,就共奖了34本。

如果一等奖每人奖6本,二等奖每人奖4本,三等奖每人奖1本,就共奖了28本,求获得各奖的人数.例7、求不定方程2196313029=++c b a 正整数解的组数.【练习】1、下列方程中没有整数解的是哪几个?答: (填编号)① 4x +2y =11, ②10x -5y =70, ③9x +3y =111,④18x -9y =98, ⑤91x -13y =169, ⑥120x +121y =324.2、求方程5x +6y =100的正整数解.3、甲种书每本3元,乙种书每本5元,38元可买两种书各几本?4、一张试巻有20道选择题,选对每题得5分,选错每题反扣2分,不答得0分,小军同学得48分,他最多答对几道题?(答案:最多答对12题)5、第五世纪末,我国古代数学家张丘建在他编写的《算经》里提出了一个世界数学史上有名的“百鸡问题”.(答案:⎪⎩⎪⎨⎧===75250z y x 或⎪⎩⎪⎨⎧===78184z y x 或 ⎪⎩⎪⎨⎧===81118z y x 或 ⎪⎩⎪⎨⎧===84412z y x )上海市中学生数学业余学校讲义第十二讲 不定方程的整数解(教师用)我们知道,如果未知数的个数多于方程的个数,那么,一般来说,它的解往往是不确定的。

例如方程32=+y x ,或 方程组⎩⎨⎧=+-=-+235432z y x z y x ,它们的解都是不确定的。

第4讲:不定方程的整数解(华师一附中培训课程)

第4讲:不定方程的整数解(华师一附中培训课程)

第4讲 不定方程的整数解不定方程(组)是指未知数的个数多于方程的个数的方程(组),其特点是解往往有无穷多个,不能惟一确定.对于不定方程(组),我们往往限定只求整数解,甚至只求正整数解,加上条件限制后,解就可确定.二元一次不定方程是最简单的不定方程,一些复杂的不定方程(组)常常转化为二元一次不定方程问题加以解决,与之相关的性质有:设d c b a 、、、为整数,则不定方程c by ax =+有如下两个重要命题:(1)若(a ,b)=d ,且d 卜c ,则不定方程c by ax =+没有整数解;(2)若00y x ,是方程c by ax =+且(a ,b)=1的一组整数解(称特解),则为整数)t aty y bt x x (00⎩⎨⎧-=+=是方程的全部整数解(称通解). 解不定方程(组),没有现成的模式、固定的方法可循,需要依据方程(组)的特点进行恰当的变形,并灵活运用以下知识与方法;奇数偶数,整数的整除性、分离整系数、因数分解。

配方利用非负数性质、穷举,乘法公式,不等式分析等.【例题】例1、求方程5x -9y =18整数解的通解. 例2、求方程90226=+y x 非负整数解.例3、求方程213197=+y x 的所有正整数解. 例4、求方程2510737=+y x 的整数解。

例5、求方程 162852100=++z y x 的整数解.例6、某校举行数学竞赛,优胜者分一、二、三等奖三种,奖品为数学课外读物。

如果一等奖每人奖5本,二等奖每人奖3本,三等奖每人奖2本,就共奖了34本。

如果一等奖每人奖6本,二等奖每人奖4本,三等奖每人奖1本,就共奖了28本,求获得各奖的人数.【练习】1、下列方程中没有整数解的是哪几个?答:(填编号)①4x+2y=11, ②10x-5y=70, ③9x+3y=111,④18x-9y=98, ⑤91x-13y=169, ⑥120x+121y=324.2、求方程5x+6y=100的正整数解.3、甲种书每本3元,乙种书每本5元,38元可买两种书各几本?4、一张试巻有20道选择题,选对每题得5分,选错每题反扣2分,不答得0分,小军同学得48分,他最多答对几道题?5、正整数m、n满足8m+9n=mn+6,求m的最大值.(新加坡数学竞赛题)6、(1)求方程15x+52y=6的所有整数解.(2)求方程x+y=x2一xy+y2的整数解.(莫斯科数学奥林匹克试题)7、一个盒子里装有不多于200粒棋子,如果每次2粒,3粒,4粒或6粒地取出,最终粒盒内都剩1粒棋子;如果每次11粒地取出,那么正好取完,求盒子里共有多少粒棋子?(重庆竞赛题)8、甲组同学每人有28个核桃,乙组同学每人有30个核桃,丙组同学每人有31个核桃,三组的核桃总数是365个,问三个小组共有多少名同学? (海峡两岸友谊赛试题)9、不定方程4x+7y=2001有组正整数解10、一支科学考察队前往某条河流上的上游去考察一个生态区.他们出发后以每天17km的速度前进,沿河岸向上游行进若干天后到达目的地,然后在生态区考察了若干天,完成任务后以每天25km的速度返回,在出发后的第60天,考察队行进了24km后回到出发点,试问:科学考察队在生态区考察了多少天? (四川省竞赛题)。

专题三:不定方程的整数解问题(教案)

专题三:不定方程的整数解问题(教案)

专题三:不定方程的整数解问题所谓不定方程,是指未知数的个数多于方程个数,且未知数受到某些条件限制(如要求是有理数、整数或正整数等等)的方程或方程组。

数学竞赛中的不定方程问题,不仅要求学生对初等数论的一般理论、方法有一定的了解,而且更需要讲究思想、方法与技巧,创造性地解决问题。

在本专题中我们一起来学习不定方程整数解的一些解法技巧。

【基础知识】1.不定方程整数解的常见类型:(1)求不定方程的整数解;(2)判定不定方程是否有整数解;(3)判定不定方程整数解的个数(有限个还是无限个)。

2.解不定方程整数解问题常用的解法:(1)代数恒等变形:如因式分解法、配方法、分离整数法、换元法(参数法)等;(2)奇偶分析法:缩小变量的范围或性质,得出不定方程的整数解或判定其无解;(3)构造法:如构造一元二次方程,利用根的判别式和韦达定理等性质;(4)枚举法:列举出所有可能的情况;(5)不等式分析法:通过不等式估算法,确定出方程中某些变量的范围,进而求解;(6)无穷递推法。

【典型例题分析】一、代数恒等变形1、因式分解法【例1】已知,x y 都是整数,且满足22()xy x y +=+,求22x y +的最大值.分析:由22()xy x y +=+,得(2)(2)2x y --= 因为(2),(2)x y --都是整数,所以2221x y -=⎧⎨-=⎩,或2122x y -=⎧⎨-=⎩,或2221x y -=-⎧⎨-=-⎩,或2122x y -=-⎧⎨-=-⎩ 解得43x y =⎧⎨=⎩,或34x y =⎧⎨=⎩,或01x y =⎧⎨=⎩,或10x y =⎧⎨=⎩ 故22x y +的最大值为25注:一般地,整系数,,,a b c d 的二次方程0axy bx cy d +++=,可变形为:20a xy abx acy ad +++=分解,得 ()()ax c ay b bc ad ++=-.求整数解时,只需把整数()bc ad -分解成两个整数的积,转化为解几个方程组#ax c ay b +=∆⎧⎨+=⎩,(这#bc ad ∆⨯=-)来解,通过取舍求出符合题意的整数解。

求不定方程的整数解

求不定方程的整数解
求不定方程的整数解
不定方程的整数解是指在给定的方程中,寻找满足整数条件的解。一般来说,求解不定方 程的整数解可以使用数学方法,如贝祖定理、模运算等。以下是一些常见的不定方程及其整 数解的求解方法:
1. 一元一次方程:形如ax + by = c的一元一次方程,可以使用贝祖定理求解。贝祖定理 告诉我们,如果a和b互质,那么方程有整数解。具体的求解方法是使用扩展欧几里得算法, 找到满足ax + by = gcd(a, b)的整数解x和y。
3. 二元二次方程:形如ax^2 + bxy + cy^2 = d的二元二次方程,可以使用整数平方根 的性质求解。首先,将方程转化为完全平方形式,即将方程两边同时乘以4ac,得到(2ax + by)^2 - (4ac - b^2)y^2 = 4acd - b^2y^2。然后,使用整数平方根的性质,找到满足该等 式的整数解。
求不定方程的整数解
4. Diophantine方程:Diophantine方程是一类更一般的不定方程,形如ax + by = c的 方程,其中a、b、c为整数。求解Diophantine方程的整数解可以使用模运算和数学归纳法。 具体的求解方法可以根据方程的特点和形式进行推导和求解。
需要注意的是,不定方程的整数解可能有多个或无解,具体的解个数和形式取决于方程的 特点和系数的取值。在实际求解时,可以根据具体的方程形式选择合适的方法和工具进行求 解。
求不定方程的整数解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 二元一次方程:形如ax + by = c的二元一次方程,可以使用扩展欧几里得算法求解。 首先,使用欧几里得算法找到a和b的最大公约数d,如果c是d的倍数,那么方程有整数解。 然后,使用扩展欧几里得算法找到满足ax + by = d的整数解x和y。最后,将x和y分别乘以 c/d,得到方程的整数解。

不定方程的整数解修改稿

不定方程的整数解修改稿
∴105+2=107就是这个问题的一个特解;∵3×5×7×n也可以被3、5、7整除,∴这个问题的特解107加上105n之后,被3、5、7除,余数也是2;
∴其通解是107+105n.
例2现在把上一个问题改为:每次取3个,最后余2个;每次取5个,最后余3个;每次取7个,最后余2个;问这堆鹅卵石共多少个
…余
下面我们就要研究这一类问题的一般解法。
一、求整系数二元一次不定方程的整数解之1一般解法
求一个不定方程的整数解问题,如果都这样去凑数,就太麻烦了,下面介绍“求整系数的一次方程组的整数解”的一般方法.
【定义】我们把方程ax+by=c(系数a,b,c为整数,并且a,b都不为零)叫做二元一次不定方程.(如果a,b之中有一个为零,就不是不定方程了)
得到方程组的通解是 (t=0, 1, 2, 3,…)
解法2其中x的系数比y的系数小,先解出x,
x= = =3-4y- (1)
设 =t,(t为整数)得y=2+5t(2)
代回(1)得:x=3-4(2+5t)-t=-5-21t
得到方程组的通解是 (t=0, 1, 2, 3,…)
从上面的两种解法可以看出,虽然方程组的通解的形式不同,但结果是一样的.
不定方程的整数解修改稿
一次不定方程的整数解讲稿
序言什么是不定方程
我们知道在方程(方程组)里,如果未知数的个数多于方程的个数,那么,一般来说,它的解往往是不确定的。
例如2x-y-1=0,则:y=2x-1.
分别令x=1,2,3,4,5,…,就可以求出对应的n值.
我们可以列表说明:
x
1
2
3
4
5
6
7
8

y
1
这种解法叫做“辗转相除法”.

一次不定方程及方程的整数解问题

一次不定方程及方程的整数解问题
【解答】∵(7,19)=1,根据定理2,原方程有整数解.
由原方程可得 ,
由此可观察出一组特解为x0=25,y0=2.
∴方程的通解为 .
其中 ∴ ∴ ∴
代入通解可得原方程的正整数解为
【点评】根据定理2解这类方程,若未知数的系数较大不容易观察出一组整数解时,可用一个未知数去表示另一个未知数,再利用整数的知识,这是解二元一次不定方程基本的方法,称为分离整系数法. 这样就容易找出一组整数解来.
答案:7
【例4】某人的生日月份数乘以31,生日的日期数乘以12,相加后得347,求此人的生日.
【分析】本题的隐含条件是:月份的取值[1,12],日期的取值[1,31].
【解答】设此人生日的月份数为x,日期数y.根据题意可列方程31x+12y=347.
〈方法一〉〈方法二〉
特解:
答:此人的生日为5月16日.
根据定理2 , 是原方程的所有整数解.
(2)∵(5,10)=5,但5不能整除13,
∴根据定理1,原方程的无整数解.
【点评】先判断方程是否有整数解,多于系数不大的题目优先选用观察法寻找特解. 求出的特解不同,同一个不定方程的解的形式可以不同,但它们所包含的全部解是一样的.
【实践】求下列不定方程的整数解(1) ; (2) .
【实践】求方程 的正整数解.答案:x=4,y=3.
【例3】大客车能容纳54人,小客车能容纳36人,现有378人要乘车,问需要大、小客车各几辆才能使每个人都能上车且各车都正好坐满.
【分析】本题是不定方程的应用,根据题意列出方程并求出非负整数解即可.
【解答】设需要大客车x辆,小客车y辆,根据题意可列方程 ,即 .
(1)分离整系数法; (2)穷举法; (3)因式分解法; (4)配方法;

不定方程的整数解修改稿

不定方程的整数解修改稿

不定方程的整数解修改稿(总13页) -本页仅作为预览文档封面,使用时请删除本页-一次不定方程的整数解讲稿序言 什么是不定方程我们知道在方程(方程组)里,如果未知数的个数多于方程的个数,那么,一般来说,它的解往往是不确定的。

例如 2x -y -1=0,则:y =2x -1.分别令x =1,2,3,4,5,…,就可以求出对应的n 值.⎩⎨⎧==11y x ,⎩⎨⎧==32y x ,⎩⎨⎧==53y x ,⎩⎨⎧==74y x ,⎩⎨⎧==95y x ,……. 也就是说:2x -y -1=0的所有的解(称为通解)为:y =2x -1.注意:上面只列出了它的正整数解.如果用k 代替x ,用n 代替y ,并且k 和n 只代表正整数,得到的答案是: 2k -n -1=0的所有的解(称为通解)为:n =2k -1. n =1,3,5,7,9,….这个结论表明:如果k 取一切正整数1,2,3,…,那么n 表示所有的奇数(1,3,5,7,9…).请记住这个结论:n =2k -1表示所有的奇数.又如 x -2y =300的解是:x =2y +300,每给出一个y 的值,就有一个x 的值与之对应.例如y =0,1,2,3,4,5,…,就可以求出对应的x 值,又如 方程组⎩⎨⎧=++=++)2....(18023)1........(100z y x z y x ,(2)-(1) 消去一个未知数y 之后,就变形为一个二元一次方程:2y -z =80所以它的解也是不确定的.像这类方程或方程组就叫不定方程或不定方程组.例1 有一堆鹅卵石,不知总个数.但知道:每次取3个,最后余2个;每次取5个,最后也是余2个;每次取7个,最后还是余2个;问这堆鹅卵石共多少个…余…余…余分析与解:实际上这个问题转化为数学问题就是:有一个正整数,无论被3除,被5除或者被7除,都余2;求这个数.如果列方程组就是:求个正整数M:⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=)3...(27)2...(25)1...(23zMyMxM我们不妨这样来解:因为这个整数不论被3除,被5除或者被7除,总是余2;我们先求出它的一个特解:∵3×5×7=105可以被3、5、7整除,∴3×5×7+2被3、5、7除余数都是2,∴105+2=107就是这个问题的一个特解;∵3×5×7 ×n也可以被3、5、7整除,∴这个问题的特解107加上105n之后,被3、5、7除,余数也是2;∴其通解是107+105n.例2现在把上一个问题改为:每次取3个,最后余2个;每次取5个,最后余3个;每次取7个,最后余2个;问这堆鹅卵石共多少个…余…余…余分析与解:我们不妨凑凑看,因为这个数被3和7余数都是2,太巧了,第一个23被5除余3,就是它的一个特解,根据上例的分析,其通解是3×5×7n +23=105n +23.【说明】先求出它的一个特解是问题的关键.这就是《孙子算经》中的“物不知数”问题.原题是:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何答曰:二十三”意思就是,有一些物品,如果三个、三个的数,最后剩2个;如果五个、五个的数,最后剩3个;如果七个、七个的数,最后剩2个;求这些物品一共有多少注:《孙子算经》是南北朝时一部重要的数学著作。

数列中的不定方程整数解问题

数列中的不定方程整数解问题
p r 2q
无理数≠有理数
处理方法:找矛盾 (有理数与无理数)
若p+r-2q=0,则 q2 pr 0 数学思想:分类讨论
……
热身训练
an 7 bm n2 7 4m2
2m n2m n 7 2m n 2m n 15 ?
存在 有(正整数)解 处理方法:解方程(因式分解、分解质因数、范围) 数学思想:分类讨论
2aq
ap
ar
2 2q
2p
2r
2q1 pห้องสมุดไป่ตู้ 1 2r p
偶数 ≠ 奇数
……
不存在 无(正整数)解
处理方法:找矛盾 (奇数与偶数) 数学思想:化归(消元) 分类讨论
热身训练
aq2 ap ar q
2
2
p
2 r
2
q2 pr 2 p r 2q
若p+r-2q≠0,则 2 q2 pr
典例剖析
典例剖析
总结反思
解题之道
转化策略 数列中的一类存在性问题 → 不定方程的整数解问题
常用 处理方法
存在 有(正整数)解 不存在 无(正整数)解
因式分解 分解质因数
奇数与偶数
解方程 范围
找矛盾 有理数与无理数
分离常数 整除
利用单调性(有界)
数学思想 分类讨论 特殊与一般 转化与化归
核心素养
心中有数
存在性问题在数列解答题中的考查
在历年江苏高考卷中
2008年 第19题
2009年 第17题
2014年 第20题
2015年 第20题
2018年 2019年
第20题

江苏省13大市高三期末考试中
无锡
第20题

关于不定方程x3-1=73qy2的整数解

关于不定方程x3-1=73qy2的整数解

第39卷第6期西南师范大学学报(自然科学版)2014年6月V o l.39N o.6 J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)J u n.2014D O I:10.13718/j.c n k i.x s x b.2014.06.005关于不定方程x3-1=73q y2的整数解①杜先存1,管训贵2,杨慧章31.红河学院教师教育学院,云南蒙自661199;2.泰州学院数理信息学院,江苏泰州225300;3.红河学院数学学院,云南蒙自661199摘要:设D=ᵑs i=1p i(sȡ2),p iʉ1(m o d6)(1ɤiɤs)为不同的奇素数.关于不定方程x3-1=D y2的初等解法至今仍未解决.利用同余式㊁二次剩余㊁递归序列㊁P e l l方程的解的性质,证明了qʉ1,19(m o d24)为奇素数, q()73=-1时,不定方程x3-1=73q y2仅有整数解(x,y)=(1,0).关键词:不定方程;同余式;二次剩余;递归序列;L e g e n d r e符号;整数解中图分类号:O156.1文献标志码:A文章编号:10005471(2014)6001803设Z表示全体整数的集合,D>0,D无平方因子.方程x3-1=D y2x,yɪZ(1)是一类基本而重要的不定方程,其整数解已有不少人研究过.当D不含6k+1形素因子时,文献[1-2]已完全解决;当D含1个6k+1形素因子时,文献[3-5]分别给出了D=7,26,103时方程(1)的所有解;当D含2个6k+1形素因子时,方程(1)的求解较为困难,目前的结论尚不多见.文献[6]给出了D=1267时方程(1)的所有解;文献[7]给出了方程(1)无非平凡解的一个充分条件.本文利用初等方法给出了D含2个6k+1形素因子时方程(1)只有平凡解的充分条件.定理1设qʉ1,19(m o d24)为奇素数,模73的L e n g e n d r e符号qæèçöø÷73=-1,则不定方程x3-1=73q y2(2)仅有整数解(x,y)=(1,0).证因为g c d(x-1,x2+x+1)=1,3,故方程(2)给出以下8种可能的分解:情形1x-1=73q u2,x2+x+1=v2,y=u v,g c d(u,v)=1;情形2x-1=u2,x2+x+1=73q v2,y=u v,g c d(u,v)=1;情形3x-1=73u2,x2+x+1=q v2,y=u v,g c d(u,v)=1;情形4x-1=q u2,x2+x+1=73v2,y=u v,g c d(u,v)=1;情形5x-1=219q u2,x2+x+1=3v2,y=3u v,g c d(u,v)=1;情形6x-1=3u2,x2+x+1=219q v2,y=3u v,g c d(u,v)=1;情形7x-1=219u2,x2+x+1=3q v2,y=3u v,g c d(u,v)=1;情形8x-1=3q u2,x2+x+1=219v2,y=3u v,g c d(u,v)=1.下面讨论这8种情况所给的方程(2)的整数解.①收稿日期:20130428基金项目:国家自然科学基金项目(11071194);江苏省教育科学 十二五 规划课题项目(D201301083);云南省教育厅科研基金项目(2012C199).作者简介:杜先存(1981),女,云南凤庆人,讲师,主要从事数论及数学教育的研究.情形1 解x 2+x +1=v 2,得x =0,-1,均不适合x -1=73qu 2,故该情形下方程(2)无整数解.情形2 将x -1=u 2代入x 2+x +1=73q v 2,得(2u 2+3)2+3=292qv 2,则有(2u 2+3)2ʉ-3(m o d 73),解得u 2ʉ7,-10(m o d 73).但模73的L e ge n d r e 符号7æèçöø÷73=-10æèçöø÷73=-1,故该情形下方程(2)无整数解.情形3 将x -1=73u 2代入x 2+x +1=q v 2,得(146u 2+3)2+3=4qv 2,则有3ʉq v 2(m o d 73).又因模73的L e g e n d r e 符号3æèçöø÷73=1,而模73的L e g e n d r e 符号q æèçöø÷73=-1,矛盾.故该情形下方程(2)无整数解.情形4 将x -1=q u 2代入x 2+x +1=73v 2,得(2q u 2+3)2+3=292v 2,则有3ʉ73v 2(m o d q ),又因模q 的L e g e n d r e 符号3æèçöø÷q =1,而模q 的L e ge n d r e 符号73æèçöø÷q =q æèçöø÷73=-1,矛盾.故该情形下方程(2)无整数解.情形5 将x -1=219q u 2代入x 2+x +1=3v 2,得(2v )2-3(146qu 2+1)2=1,故有2v +(146qu 2+1)3=ʃ(x n +y n 3)=ʃ(2+3)nn ɪZ 这里2+3是P e l l 方程X 2-3Y 2=1的基本解,因此有146q u 2+1=ʃy n (n ɪZ ),即146q u 2=ʃyn -1.又因y -n =-y n ,所以只需考虑146qu 2=y n -1(3)由(3)式得,yn ʉ1(m o d 73).容易验证下列两式成立:y n +2=4y n +1-y n y 0=0,y 1=1(4)x n +2=4x n +1-x n x 0=1,x 1=2(5) 对递归序列(4)取模73,得周期为36的剩余类序列,且仅当n ʉ1,17(m o d 36)时,yn ʉ1(m o d 73).所以(3)式要成立,需n ʉ1,17(m o d 36),则只需n ʉ1(m o d4).设n =4m +1(m ɪZ ),由(3)式得146q u 2=y 4m +1-1=x 4m +2y 4m -1=x 22m +3y 22m +4x 2m y 2m -1=2y 2m (2x 2m +3y 2m )=2y2m x 2m +1即73q u 2=x 2m +1y2m (6) 又因为g c d (x 2m +1,y 2m )=g c d (2x 2m +3y 2m ,y 2m )=g c d (2x 2m ,y2m )=2,所以(6)式给出以下4种可能的分解:(a )x 2m +1=2a 2,y 2m =146qb 2,u =2a b ,g c d (a ,b )=1;(b )x 2m +1=146q a 2,y 2m =2b 2,u =2a b ,g c d (a ,b )=1;(c )x 2m +1=146a 2,y 2m =2qb 2,u =2a b ,gcd (a ,b )=1;(d )x 2m +1=2q a 2,y2m =146b 2,u =2a b ,g c d (a ,b )=1.下面讨论这4种情况所给的方程(2)的整数解.(a )将x 2m +1=2a 2代入x 22m +1-3y 22m +1=1,得4a 4-3y22m +1=1.根据文献[8]271页的定理19知,a 2=1,此时x 2m +1=2,由(5)式知m =0,于是给出方程(2)的整数解(x ,y )=(1,0).(b )由y 2m =2b 2得x m y m =b 2,又因g c d (x m ,y m )=1,则有x m =c 2,y m =d 2,b =c d .将x m =c 2代入x 2m -3y 2m =1,得c 4-3y 2m =1.根据文献[8]260页的定理2知,y m =0,由(4)式知m =0.此时由(5)式知x 2m +1=x 1=2,则有2=146q a 2,即1=73q a 2,显然无解,故(6)式不成立,所以该情形下方程(2)无整数解.(c )由y 2m =2q b 2得x m y m =q b 2,考虑到g c d (x m ,y m )=1,则有以下情形之一成立:x m =c 2y m =qd 2 b =c d ,g c d (c ,d )=1(7)x m =q c 2 y m =d 2b =cd ,g c d (c ,d )=1(8) 对于(7)式,将x m =c 2代入x 2m -3y 2m =1,得c 4-3y 2m =1.仿(b )的证明知该情形下方程(2)亦无整数解.91第6期 杜先存,等:关于不定方程x 3-1=73q y 2的整数解对于(8)式,将y m =d 2代入x 2m -3y 2m =1,得x 2m -3d 4=1.根据文献[8]69页习题7的结论知方程(2)仅有整数解(x m ,d )=(ʃ1,0),(ʃ7,ʃ2),(ʃ2,ʃ1),但q ʉ1,19(m o d 24)为奇素数,则x m =qc 2无解,故(6)式不成立,所以该情形下方程(2)无整数解.(d )由y 2m =146b 2得x m y m =73b 2,仿(c )的讨论知该情形下方程(2)亦无整数解.情形6 将x -1=3u 2代入x 2+x +1=219q v 2,得(6u 2+3)2+3=876qv 2,则有(6u 2+3)2ʉ-3(m o d 73),解得3u 2ʉ7,-10(m o d73).但模73的L e g e n d r e 符号3æèçöø÷73=1,而模73的L e ge n d r e 符号7æèçöø÷73=-10æèçöø÷73=-1,故该情形下方程(2)无整数解.情形7 将x -1=219u 2代入x 2+x +1=3q v 2,得(438u 2+3)2+3=12qv 2,则有1ʉq v 2(m o d 73).又因模73的L e ge n d r e 符号q æèçöø÷73=-1,矛盾.故该情形下方程(2)无整数解.情形8 将x -1=3q u 2代入x 2+x +1=219v 2,得(6q u 2+3)2+3=876v 2,则有1ʉ73v 2(m o d q ).又因模q 的L e ge n d r e 符号73æèçöø÷q =q æèçöø÷73=-1,矛盾.故该情形下方程(2)无整数解.综上所述,定理1成立.参考文献:[1]柯 召,孙 琦.关于丢番图方程x 3ʃ1=D y 2[J ].中国科学,1981,24(12):1453-1457.[2] 柯 召,孙 琦.关于丢番图方程x 3ʃ1=3D y 2[J ].四川大学学报:自然科学版,1981,18(2):1-5.[3] 段辉明,柳 杨.关于丢番图方程x 3-1=7y 2的初等解法[J ].西南师范大学学报:自然科学版,2011,36(5):12-15.[4] 罗 明,黄勇庆.关于不定方程x 3-1=26y 2[J ].西南大学学报:自然科学版,2007,29(6):5-7.[5] 牟全武,吴 强.关于不定方程x 3-1=103y 2[J ].西南大学学报:自然科学版,2008,30(10):38-40.[6] 杜先存,万 飞,杨慧章.关于丢番图方程x 3ʃ1=1267y 2的整数解[J ].数学的实践与认识,2013,43(15):288-292.[7] 管训贵,杜先存.关于D i o p h a n t i n e 方程x 3ʃ1=p q y 2[J ].安徽大学学报:自然科学版,2014,38(1):29-35.[8] 曹珍富.丢番图方程引论[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989:271,260,69.O n I n t e g e r S o l u t i o n s o f I n d e f i n i t eE qu a t i o n x 3-1=73q y 2D U X i a n -c u n 1, G U A N X u n -g u i 2, Y A N G H u i -z h a n g 31.S c h o o l o f T e a c h e r sE d u c a t i o n ,H o n g h eU n i v e r s i t y ,M e n g z i Y u n n a n 661199,C h i n a ;2.S c h o o l o fM a t h e m a t i c s ,P h y s i c s&I n f o r m a t i o nS c i e n c e ,T a i z h o uU n i v e r s i t y ,T a i z h o u J i a n gs u 225300,C h i n a ;3.S c h o o l o fM a t h e m a t i c s ,H o n g h eU n i v e r s i t y ,M e n gz i Y u n n a n 661199,C h i n a A b s t r a c t :L e t D =ᵑsi =1p i (s ȡ2),pi ʉ1(m o d 6)(1ɤi ɤs )b ed i f f e r e n t o d d p r i m e s .T h e p r i m a r y s o l u t i o no f t h e i n d e f i n i t e e q u a t i o n x 3-1=D y 2st i l l r e m a i n su n r e s o l v e d .B y m e a n so f c o n g r u e n c e ,q u a d r a t i c r e s i d u e ,r e c u r s i v e s e q u e n c e a n d s o m e p r o p e r t i e s o f t h e s o l u t i o n s t oP e l l e q u a t i o n ,w e h a v e p r o v e d t h a t t h e i n d e f i n i t e e q u a t i o n x 3-1=73q y 2o n l y h a s i n t e g e r s o l u t i o n (x ,y )=(1,0)w h e n b e o d d p r i m ew i t h q =1,19(m o d 24)a n d q æèçöø÷73=-1.K e y wo r d s :i n d e f i n i t ee q u a t i o n ;c o n g r u e n c e ;q u a d r a t i c r e m a i n d e r ;r e c u r s i v es e q u e n c e ;L e g e n d r es y m b o l ;i n t e ge r s o l u t i o n 责任编辑 廖 坤2西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b jb .s w u .c n 第39卷。

专题7一元一次方程的不定方程与整数解 教学设计

专题7一元一次方程的不定方程与整数解  教学设计

专题7 一元一次方程的不定方程与整数解 教学设计教学目标1、进一步理解、掌握一元一次方程的相关概念,根据方程的特征,灵活运用一元一次方程的解法求一元一次方程的解,能解决一元一次方程中含有字母的问题。

进一步渗透“转化”的思想方法和“分类讨论”的思想。

2、通过例习题练习,使学生有目的的梳理学过的知识,形成知识体系。

3、通过对本节内容的回顾与思考,让学生在学习的过程中获得成功的体验并培养归纳、总结以及语言的表达能力,增强学生学习数学的信心。

教学重点能够解决与一元一次方程有关的含参问题。

教学难点:理解参数所表示的意义。

考查形式:填空题、解答题教学过程一、复习引入1. 若011)1()2(2=+-++k x k x m 是关于x 的一元一次方程,则m= ,k= 。

2. 解方程:)1(32)]1(21[21)3(14.01.05.06.01.02.0)2(215123)1(-=--=+--+=--x x x x x x x 提醒:当方程中的系数用字母表示时,这样的方程叫做含字母系数的方程,也叫含参数的方程.只含有一个未知数(元),并且未知数的指数是1(次)的方程叫做一元一次方程,它的一般形式是ax +b =0(a ,b 是常数且a ≠0),高于一次的项系数是0.注意:(1)含字母参数的一元一次方程中未知数是x ,且x 的指数是1,(2)x 的系数不等于0,(3)x 的指数高于一次的项系数是0.二、知识梳理当方程中的系数用字母表示时,这样的方程叫做含字母系数的方程,也叫含参数的方程.只含有一个未知数(元),并且未知数的指数是1(次)的方程叫做一元一次方程,它的一般形式是ax +b =0(a ,b 是常数且a ≠0),高于一次的项系数是0.注意:(1)含字母参数的一元一次方程中未知数是x ,且x 的指数是1,(2)x 的系数不等于0,(3)x 的指数高于一次的项系数是0.三、例题精讲1、已知方程解的情况求参数例1、已知方程323+=+ax x a 的解是x=4,求a 的值。

第十二讲:不定方程的整数解

第十二讲:不定方程的整数解

上海市中学生数学业余学校讲义第十二讲 不定方程的整数解【例题】例1、求方程5x -9y =18整数解的通解.例2、求方程90226=+y x 非负整数解.例3、求方程213197=+y x 的所有正整数解.(练习:求方程2510737=+y x 的整数解)例4、将所有分母不大于99的最简分数从小到大排列,求与7617相邻且排在7617之前的一个数.例5、求方程 162852100=++z y x 的整数解.例6、某校举行数学竞赛,优胜者分一、二、三等奖三种,奖品为数学课外读物。

如果一等奖每人奖5本,二等奖每人奖3本,三等奖每人奖2本,就共奖了34本。

如果一等奖每人奖6本,二等奖每人奖4本,三等奖每人奖1本,就共奖了28本,求获得各奖的人数.例7、求不定方程2196313029=++c b a 正整数解的组数.【练习】1、下列方程中没有整数解的是哪几个?答: (填编号)① 4x +2y =11, ②10x -5y =70, ③9x +3y =111,④18x -9y =98, ⑤91x -13y =169, ⑥120x +121y =324.2、求方程5x +6y =100的正整数解.3、甲种书每本3元,乙种书每本5元,38元可买两种书各几本?4、一张试巻有20道选择题,选对每题得5分,选错每题反扣2分,不答得0分,小军同学得48分,他最多答对几道题?(答案:最多答对12题)5、第五世纪末,我国古代数学家张丘建在他编写的《算经》里提出了一个世界数学史上有名的“百鸡问题”.(答案:⎪⎩⎪⎨⎧===75250z y x 或⎪⎩⎪⎨⎧===78184z y x 或 ⎪⎩⎪⎨⎧===81118z y x 或 ⎪⎩⎪⎨⎧===84412z y x )上海市中学生数学业余学校讲义第十二讲 不定方程的整数解(教师用)我们知道,如果未知数的个数多于方程的个数,那么,一般来说,它的解往往是不确定的。

例如方程32=+y x ,或 方程组⎩⎨⎧=+-=-+235432z y x z y x ,它们的解都是不确定的。

03初三数学自主招生 不定方程的整数解(教师)

03初三数学自主招生  不定方程的整数解(教师)

不定方程整数解【二元一次不定方程】形如c by ax =+(c b a ,,为整数,b a ,都不为零)的方程叫做二元一次不定方程。

定理1:d b a =),(,若c d ,则原方程有整数解;若d 不能整除c ,则原方程没有整数解;推论:若1),(=b a ,则原方程一定有整数解(常用于判定不定方程有无整数解); 定理2:若1),(=b a ,且),(00y x 是不定方程c by ax =+的一组整数解(称为特解),则⎩⎨⎧-=+=at y y bt x x 00(t 为整数)是方程的全部整数解(称为通解)。

求整系数不定方程c by ax =+的整数解,通常有以下步骤:(1)d b a =),((2)判断有无整数解:当d 不能整除c 时,原方程无整数解;当c d 时,原方程有整数解。

方程同解变形,两边除以d ,使原方程转化为1),(=b a 的情形。

(3)求出一个特解;(4)写出通解;(注:通解形式不唯一)解不定方程(组),需要依据方程(组)的特点,并灵活运用以下知识和方法:(1) 观察法(系数较小)(2)分离整系数法(3)同余问题等。

【二元一次不定方程】【例1】求下列不定方程的整数解(1)862=+y x ; (2)13105=+y x .解:(1)原方程变形为:43=+y x , 观察得到⎩⎨⎧==1,1y x 是43=+y x 的一组整数解(特解),根据定理2 ,⎩⎨⎧-=+=t y t x 131(t 是整数)是原方程的所有整数解. (2)∵5)10,5(=,但5不能整除13,∴根据定理1,原方程的无整数解.1. 求下列不定方程的整数解。

(1)211147=+y x ; (2)11145=-y x .答案:(1)无整数解; (2)⎩⎨⎧-=-=ty t x 51145(t 是整数)【例2】求方程213197=+y x 的所有正整数解.解:∵1)19,7(=,根据定理2,原方程有整数解. 由原方程可得75323075314210719213y y y y y x -+-=-+-=-=, 由此可观察出一组特解为⎩⎨⎧==22500y x 。

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不定方程的整数解修改稿一次不定方程的整数解讲稿序言 什么是不定方程我们知道在方程(方程组)里,如果未知数的个数多于方程的个数,那么,一般来说,它的解往往是不确定的。

例如 2x -y -1=0,则:y =2x -1.分别令x =1,2,3,4,5,…,就可以求出对应的n 值.我们可以列表说明:∴它的解有无穷多组:⎩⎨⎧==11y x ,⎩⎨⎧==32y x ,⎩⎨⎧==53y x ,⎩⎨⎧==74y x ,⎩⎨⎧==95y x ,……. 也就是说:2x -y -1=0的所有的解(称为通解)为:y =2x -1.注意:上面只列出了它的正整数解.如果用k 代替x ,用n 代替y ,并且k 和n 只代表正整数,得到的答案是: 2k -n -1=0的所有的解(称为通解)为:n =2k -1. n =1,3,5,7,9,….这个结论表明:如果k 取一切正整数1,2,3,…,那么n 表示所有的奇数(1,3,5,7,9…).请记住这个结论:n =2k -1表示所有的奇数.又如 x -2y =300的解是:x =2y +300,每给出一个y 的值,就有一个x 的值与之对应.例如y =0,1,2,3,4,5,…,就可以求出对应的x 值,我们可以列表说明:∴它的解有无穷多个.又如 方程组⎩⎨⎧=++=++)2....(18023)1 (100)y xzyx,(2)-(1) 消去一个未知数y 之后,就变形为一个二元一次方程:2y -z =80所以它的解也是不确定的.像这类方程或方程组就叫不定方程或不定方程组.例1 有一堆鹅卵石,不知总个数.但知道:每次取3个,最后余2个;每次取5个,最后也是余2个;每次取7个,最后还是余2个;问这堆鹅卵石共多少个?…余…余…余分析与解:实际上这个问题转化为数学问题就是: 有一个正整数,无论被3除,被5除或者被7除,都余2;求这个数.如果列方程组就是:求个正整数M :⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=)3...(27)2...(25)1...(23z M y M x M我们不妨这样来解:因为这个整数不论被3除,被5除或者被7除,总是余2;我们先求出它的一个特解:∵3×5×7=105可以被3、5、7整除,∴3×5×7+2被3、5、7除余数都是2,∴105+2=107就是这个问题的一个特解;∵3×5×7 ×n也可以被3、5、7整除,∴这个问题的特解107加上105n之后,被3、5、7除,余数也是2;∴其通解是107+105n.例2现在把上一个问题改为:每次取3个,最后余2个;每次取5个,最后余3个;每次取7个,最后余2个;问这堆鹅卵石共多少个?…余…余…余分析与解:我们不妨凑凑看,因为这个数被3和7余数都是2,这个数可能是3和7的最小公倍数21的k倍+2,即21k+2:23,44,65,86,107,…中哪一个能被5除余3,就是它的特解.太巧了,第一个23被5除余3,就是它的一个特解,根据上例的分析,其通解是3×5×7n+23=105n+23.【说明】先求出它的一个特解是问题的关键.这就是《孙子算经》中的“物不知数”问题.原题是:“今有物不知其数,三三数之剩二,五五数之剩三,七七数之剩二,问物几何?答曰:二十三”意思就是,有一些物品,如果三个、三个的数,最后剩2个;如果五个、五个的数,最后剩3个;如果七个、七个的数,最后剩2个;求这些物品一共有多少?注:《孙子算经》是南北朝时一部重要的数学著作。

为我国古代《算经十书》之一,《孙子算经》的作者生平和编写年代都不清楚.现在传本的《孙子算经》共三卷.如果把这个问题列成方程组就是:设这个数为N ,即N 等于3的倍数加2,等于5的倍数加3,等于7的倍数加2,求N .则⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=)3......(27)2......(35)1......(23z N y N x N 这是一个含4个未知数的3个方程,开始时我们已经说过这是不定方程组。

要解决这一类问题,还要从二元一次不定方程学起.下面我们就要研究这一类问题的一般解法。

一、求整系数二元一次不定方程的整数解之1 一般解法求一个不定方程的整数解问题,如果都这样去凑数,就太麻烦了,下面介绍“求整系数的一次方程组的整数解”的一般方法.【定义】我们把方程ax +by =c (系数a ,b ,c 为整数,并且a ,b 都不为零)叫做二元一次不定方程.(如果a ,b 之中有一个为零,就不是不定方程了)对于两个整数a ,b ,我们约定用记号(a ,b )=d 表示a 和b 的最大公约数,(a ,b )=1表示a ,b 互质.我们先研究整系数方程ax +by =c 中,x 、y 的系数a ,b 互质的情况.即(a ,b )=1,或者说:整数a ,b 除1之外没有公约数.例1求整系数方程5x +21y =17的整数解.这里x ,y 的系数5和21互质,即5和21的最大公约数(5,21)=1.分析 求不定方程的整数解的关键是:找到一个参数t (整数),使得未知数x ,y (整数)都能够用已知数和参数t 表示出来.解法1 其中x 的系数比y 的系数小,先解出x ,x =52117y -=520215y y --+=3-4y +52y - (1) ∵两边都是整数,∴52y -是整数 设52y -=t ,(t 为整数) 得 y =2-5t (2)代回(1)得:x =3-4(2-5t )+t =-5+21 t得到方程组的通解是⎩⎨⎧-=+-=ty t x 52215 (t =0,±1,±2,±3,…) 解法2其中x 的系数比y 的系数小,先解出x ,x =52117y -=520215y y --+=3-4y -52-y (1) 设52-y =t ,(t 为整数)得 y =2+5t (2) 代回(1)得:x =3-4(2+5t )-t =-5-21 t得到方程组的通解是⎩⎨⎧+=--=ty t x 52215(t =0,±1,±2,±3,…) 从上面的两种解法可以看出,虽然方程组的通解的形式不同,但结果是一样的.这种解法叫做“辗转相除法”.我们再研究整系数方程ax +by =c 中,x 、y 的系数a ,b 有公约数的情况.例2 求整系数方程9x +6y =30 的整数解.这里,x 、y 的系数9和6有公约数3解法1 x ,y 系数的最大公约数(x ,y )=3,30也是3的倍数,方程 9x +6y =30 (1)两边同时除以3,得3x +2y =10 (2)(1)和(2)是等价(同解)的,即(1)和(2)是同一个方程的不同形式.其中y 的系数比的x 系数小,先解出yy =2310x -=5-23x ,∵两边都是整数,∴23x 是整数 令x =2t ,代入(2)得:6x +2y =10,则y =5-3t .由此,得到方程组的通解是⎩⎨⎧-==t y t x 352 (t 是整数) 【注】这种形式的方程组,在高中三年级学解析几何的时候称为“参数方程”.每给出t 的一个值,就得到一组解.小结1:从上面两个例子看到,如果二元一次不定方程 a x +b y =c (其中a 、b 是非零整数,c 是整数)中(1)如果(a ,b )=1,方程有整数解(如例1);(2)如果(a ,b )=d ,a ,b 的最大公约数d 能整除c ,方程有整数解(如例2). 例3求不定方程6x -9y =16的整数解.解:这里x ,y 的系数6和9的最大公约数(6,9)=3不能整除常数项16.方程的两边同除以3,得2x -3y =316. 由于x 和y 都是整数,因此方程的左边(2x -3y )也是整数,然而方程的右边是分数316,矛盾!故本题无整数解.小结2:对于二元一次不定方程 a x +b y =c ,如果a 和b 不互质,又它们的最大公约数不能整除c ,方程无整数解.可以用反证法证明:a 和b 不互质,又(a ,b )=d 不能整除c .假定ax +by =c 有整数解,则两边都是整数.用(a ,b ) =d 除以方程两边,得:d a x +d b y =dc 左边为整数,而右边不是整数,矛盾.由上述两个小结,归纳起来得到:定理1如果二元一次不定方程 a x +b y =c (其中a 、b 是非零整数,c 是整数)中:(1)如果a 和b 互质,方程有整数解;(2)如果a 和b 不互质,但它们的最大公约数能整除c ,方程有整数解;(3)如果a 和b 不互质,又它们的最大公约数不能整除c ,方程无整数解. 例如方程3x +5y =1,5x -2y =7,9x +3y =6都有整数解;方程9x +3y =10①和 4x -2y =1②都没有整数解.这是因为在①里,(9,3)=3,而3不能整除10;在②里,(4,2)=2,而2不能整除1.【注意】一般我们在正整数集合里研究公约数,(a ,b )中的a ,b 为它们的绝对值.例3 求整系数方程4x +5y =21的整数解解 4x +5y =21 ⇒ 4x =21-5y .用x ,y 之中较小的系数4去除各项得:x =4521y -=44120y y --+ 把其中的整数分离出来,得x =5-y -41-y (1) 因为x 和5-y 都是整数,所以41-y 必为整数,设41-y =t (t 为整数),则y =1+4t , (2) 由(1)、(2):x =5-(1+4k )-k =4+5 k所以4x +5y =21的通解是⎩⎨⎧+=-=t y t x 4154 (t 为整数). 在这个通解里,令k =0,得⎩⎨⎧==14y x 是方程的一组特解. 二、求二元一次不定方程的整数解之2 由特解求通解观察例3,方程4x +5y =21的通解是⎩⎨⎧+=-=t y t x 4154 . 其中,x 0=4,y 0=1是它的一组特解,可以猜想到:定理2 如果a ,b 是互质的正整数,c 是整数,且方程ax +by =c ①有一组整数解x 0,y 0则此方程的一切整数解可以表示为⎩⎨⎧+=-=aty y bt x x 00 (t 为一切整数,即t =0,±1,±2,±3,……) 证明 (供教师参考)第一步:先证明x =x 0-bt ,y =y 0+at 是方程①的解.由已知条件,x 0,y 0是方程①的整数解,所以a x 0+b y 0=c ②那么a (x 0-bt )+b (y 0+at )=ax 0-abt +by 0+abt =ax 0+by 0-abt +abt=ax 0+by 0=c .这表明x =x 0-bt ,y =y 0+at 也是方程①的解.第二步:再证明x =x 0-bt ,y =y 0+at 是方程①的一切整数解设x ′,y ′是方程①的任一整数解,则有ax ′+by ′=c ③③-②得a (x ′-x 0) =b ′(y ′-y 0). ④∵(a ,b ) =1,即a ,b 互质,∴a |y ′-y 0,即y ′-y 0可以被a 整除则y ′=y 0+at ,其中t 是整数.将y ′=y 0+at 代入④,即得x ′=x 0-bt . 因此x ′,y ′可以表示成x =x 0-bt ,y =y 0+at 的形式,所以x =x 0-bt ,y =y 0+at 表示方程①的一切整数解,命题得证. 有了上述定理,求解二元一次不定方程的关键是求它的一组特殊解. 例1 求整系数方程3x -2y =0的整数解解 显然,x 0=0,y 0=0是它的一组特殊解,由定理2知,它的通解是⎩⎨⎧==ty t x 32,t =0,±1,±2,±3,…. 另解:此题如用辗转相除法来解,2y =3x ,y =x +2x ,令2x =t , 得x =2t ,y =3t .它的通解是⎩⎨⎧==t y t x 32,t =0,±1,±2,±3,…. 例2 求整系数方程3x +2y =7的整数解.解 因为(3,2)=1,由观察可知x 0=1,y 0=2是它的一组特殊解,由定理2知,它的通解是⎩⎨⎧+=-=t y t x 3221,t =0,±1,±2,±3,…. 例3 求 3x +6y =15 的整数解.注意:系数a ,b 有公约数3,解法1 两边同时除以3,原方程变为:x +2y =5直接观察可知 x 0=1,y 0=2 是x +2y =5的一组解,由定理2知所求方程的解是⎩⎨⎧+=-=ty t x 221 ,t 是任意整数 (1)解法2 两边同时除以3,原方程变为:x +2y =5 x =5-2y y =y ,令y =t ,则⎩⎨⎧=-=t y t x 25,t 是任意整数 (2)两种解法得到的解(1)和(2)表面上不同,实际情况如何呢? 我们列出表来就可以看出它们是等价的: (1)的解是(2)的解是例4 求不定方程3x + 6y =15的解.解 因为(3, 6)=3 ,两边同时除以3得:x + 2y =5由观察可知x 0=1,y 0=2是方程的一组特解.由上面的定理,所求方程的解是⎩⎨⎧+=-=ty tx 221 t 是整数.(也可以表示为 t ∈Z ,读作t 属于整数) 例5 求11x +15y =7的整数解. 解 将方程变形得x =11157y -=11411411y y ---=1-y -11)1(4y +.因为x 是整数,所以1+y 应是11的倍数.由观察得y 0=-1,x 0=2是这个方程的一组整数解,所以方程的通解为⎩⎨⎧+-=-=ty tx 111152 t 为整数例6现在我们再来解决─—“百钱买百鸡”: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?意思是说:公鸡每只5元,母鸡每只3元,雏鸡1元买3只,问:公鸡、母鸡、雏鸡各几只?解 设x ,y ,z 分别表公鸡、母鸡、雏鸡的个数,0≤x ,y ,z ≤100. 则此问题即求下列不定方程组的非负整数解.⎪⎩⎪⎨⎧=++=++)2(1003135)1(100z y x z y x (2)×3-(1)得:14x +8y =200 两边同除以2得: 7x +4y =100 (3) 显然x =0,y =25是方程7x +4y =100 的一组特解,因此,7x +4y =100 的通解是⎩⎨⎧+=-=k y k x 72540或⎩⎨⎧-==t y t x 7254∵x =4t ≥0,y =25-7t ≥0,∴t ≥0,7t ≤25,0≤t ≤725. 即t 只可以取值 t 1=0,t 2=1,t 3=2,t 4=3. 由题义知:0≤x ,y ,z ≤100,设t 的值为0、1、2、3,分别得出以下四组解:⎪⎩⎪⎨⎧===75250z y x 或⎪⎩⎪⎨⎧===78184z y x 或⎪⎩⎪⎨⎧===81118z y x 或⎪⎩⎪⎨⎧===84412z y x .(x ,y ,z )=(0,25,75),(4,18,78),(8,11,81),(12,4,84). 例7 求不定方程7x +19y =213的所有正整数解. 解 用x ,y 中较小的系数除方程各项得x =7213-719y ①分离整数 x =30-2y +753y- ② 因为x ,y 是整数,故753y-必为整数,由观察知当y =2时,753y-=-1是整数,此时x =30-4-1=25所以⎩⎨⎧==22500y x 是不定方程7x +19y =213的一组解,原方程的一切整数解为⎩⎨⎧+=-=t y tx 721925 (t 为整数) 由于要求方程的正整数解,所以⎩⎨⎧>+>-07201925t t 解不等式,得t 只能取0,1,因此得原方程的正整数解为⎩⎨⎧==22511y x ,或 ⎩⎨⎧==9622y x .三、多元一次不定方程的整数解对于多元一次不定方程可以把方程化为二元方程来求解. 例1 求方程2x +3y +7z =34的整数解. 解 方程变形为2x +3y =34-7z ,设 34-7z =t (t 为整数) ① 则2x +3y =t ②对于方程②可以观察出x =-t ,y =t 是其一组解,因而方程②的所有整数解为⎩⎨⎧-=+-=1123k t y k t x (k 1为整数) ③对于方程①可以观察出δ=5,t =-1是它的一组解,因而方程①的所有整数解为⎩⎨⎧--=+=22715k t k z (k 2为整数) 将t =-1-7k 2代入③,得原方程的所有整数解为⎪⎩⎪⎨⎧+=---=++=221215721731kz k k y k k x (k 1,k 2均为整数)例2 求方程9x +24y -5z =1000的整数解.解 设9x +24y =3t ,即3x +8y =t ,于是3t -5z =1000.于是原方程可化为⎩⎨⎧=-=+)2......(100053)1.(..........83z t t y x 用前面的方法可以求得①的解为⎩⎨⎧+-=-=u t y ut x 383 u 是整数 ②的解为⎩⎨⎧+=+=v z vt 3100052000 v 是整数 消去t ,得⎪⎩⎪⎨⎧+=-+-=+-=v z v u y v u x 31000532000586000 u ,v 是整数 例3 (2008年全国初中数学竞赛山东赛区预赛试题选择题6)某单位在一快餐店订了22盒盒饭,共化费140元,盒饭共有甲、乙、丙三种,它们的单价分别为8元、5元、3元.那么可能的不同订餐方案有几个.解法1:设该单位订甲、乙、丙三种盒饭分别为x ,y ,z 盒,则⎩⎨⎧=++=++②,①,.........140358................22z y x z y x不妨先消去x :①×8-②,得:3y +5z =36,3y =36-5z ,两边同时除以3得:y =12-35z , ∵35z是整数,令z =3t ≥0, ③ 则 y =12-5t ≥0, ④ ∴x =22―(12-5t )―3t =2t +10≥0 ⑤ 由④③ 0≤t ≤512<3 故t =0,1,2,共有3组解:⎪⎩⎪⎨⎧===01210z y x ,⎪⎩⎪⎨⎧===3712z y x ,⎪⎩⎪⎨⎧===6214z y x .解法2:如果消去z :②-①×3,得:5x +2y =74, 解得 y =37-25x,令x =2t ≥0则y =37-5t ≥0,z =3t -15≥0 5≤t ≤537<8,∴5≤t ≤7,取t =5,6,7得到的解与解法1同. 解法3:如果消去y :②-①×5,得:3x -2z =30,解得 z =23x-15,令x =2t ≥0则z =3t -15≥0,y =37-5t ≥0 5≤t ≤537<8,∴5≤t ≤7,取t =5,6,7得到的解与解法1同.【自读教材】物不知数问题的一般解法原题是:今有物,不知其数.三三数之,剩二;五五数之,剩三;七七数之,剩二.问:物几何?答曰:二十三.术曰:三三数之,剩二,置一百四十;五五数之,剩三,置六十三;七七数之,剩二,置三十.并之,得二百三十三,以二百一十减之,即得.凡三三数之,剩一,则置七十五;五五数之,剩一,则置二十一;七七数之,剩一,则置十五.一百六以上,以一百五减之,即得.【注】本题的意思就是:“有一些物品,不知道有多少个,只知道将它们3个3个地数,剩下2个;5个5个地数,剩下3个;7个7个地数,也剩下2个.这些物品的数量至少是多少个?”题目原文无“至少”二字,所以,解释题目意思时,在语句中加上了“至少”二字.《孙子算经》解这道题目的“术文”和答案是:“三三数之剩二,置一百四十;五五数之剩三,置六十三;七七数之剩二,置三十.并之,得二百三十三,以二百十减之,即得.答曰:二十三.”这些话是什么意思呢?用通俗的话来说,就是:先求被3除余2,并能同时被5、7整除的数,这样的数最小是140;再求被5除余3,并能同时被3、7整除的数,这样的数最小是63;然后求被7除余2,并能同时被3、5整除的数,这样的数最小是30.于是,由140+63+30=233,得到的233就是一个所要求得的数.但这个数并不是最小的.再用求得的“233”减去或者加上3、5、7的最小公倍数“105”的倍数,就得到许许多多这样的数:{23,128,233,338,443,…}从而可知,23、128、233、338、443、…都是这一道题目的解,而其中最小的解是23.答:这些物品的数目至少是23个.明代著名的大数学家程大位,在他所著的《算法统宗》中,对于这种解一般“孙子问题”的方法,还编出了四句歌诀,名曰《孙子歌》:“三人同行七十稀,五树梅花廿一枝;七子团圆正半月,除百零五便得知.”歌诀中的“廿”,读音与“念”音相同.“廿”即二十的意思.这一歌诀的“诗意”,我们可以不去理会,只需注意它的数字就行了.歌诀中的每一句话,都指出了一步解题方法:“三(3)人同行七十(70)稀”——是说除以3所得的余数,要用“70”去乘它;“五(5)树梅花廿一(21)枝”——是说除以5所得的余数,要用“21”去乘它;“七(7)子团圆正半月(15)”——“半月”是一个月30天的一半,即15日,这是说,除以 7所得的余数,要用“ 15”去乘它;“除百零五(105)便得知”——这是说要把上面所乘得的三个数相加,加得的和如果大于105,便应减去105,或者减去105的倍数.这也就是《孙子算经》上的“一百六(106)以上,以一百五(105)减之”.这样得出的差,便是所要求的这个最小的未知数了.运用这一歌诀来解答这道“物不知数”问题,便是 2×70+3×21+2×15=140+63+30=233 233-105-105=23(答略)不过,用这种方法解这类问题,有它的局限性,它只能解答用3、5、7作除数的题目,遇到用其他数作除数的算题,它就行不通了.这一点必须引起我们的注意.“物不知数”问题,用代数方法解之如下:解:设这个数为N ,即N 等于3的倍数加2,等于5的倍数加3,等于7的倍数加2,求N .则⎪⎩⎪⎨⎧+=+=+=)3......(27)2......(35)1......(23z N y N x N (2)-(1)得:5y -3x =-1 (4) (2)-(3)得:5y -7z =-1 (5) (4)-(5)得:7z -3x =0 (6)至此,成了二元一次不定方程3x =7z , 令z =3k ,则x =7k (7)再求出y将(7)代入(6)得:7z -21k =0,z =3k (8)将(8)代入(5)得:5y -21k =-1,再解这个不定方程5y =21k -1, y =5121-k =4k +51-k (9) 令51-k =m 则k =5m -1 由(9) y =4k +51-k =4(5m -1)+m =21m +4由(2) N =5(21m +4)+3=105 m +23 ∵N >0,即105 m +23>0,m >10523-,∴ m >0 N =105 m +23 (m =0,1,2,3,……) N =23,128,233,338,……. 五家共井问题:在中国的一部最早的数学专著《九章算术》里有一个问题是不定方程组的问题. 在这书的第八章《方程》的第13题是这样:“今有五家共井,甲2绠(绠音:梗,是汲水桶上的绳子)不足如乙1绠,乙3绠不足如丙1绠,丙4绠不足如甲1绠,丁5绠不足如戊一绠,戊6绠不足如甲1绠.如各得所不足1绠,皆逮(达到的意思).问井深绠长各几何?”这书在汉朝写成,文字是古汉语对我们来说是不太容易看得懂.现在翻译成白话:有五家人共用一口水井,甲、乙、丙、丁、戊五家的绳子每家的都一样长. 若用甲家的绳2根,再加上乙家的绳1根,从井口放下,正好到达水面. 又用乙家的绳3根,再加上丙家的绳1根,正好到达水面. 或用丙家的绳4根,再加上丁家的绳1根; 或用丁家的绳5根,戊家的绳1根;或用戊家的绳6根,再加上甲家的绳1根,也都正好到达水面.问井深、绳长各多少?解 设甲、乙、丙、丁、戊绳分别为a ,b ,c ,d ,e 以及井深为N .于是根据题意,我们得到下面的方程组: 2a +b =N (1) 3b +c = N (2) 4c +d =N (3) 5d +e =N (4) 6e +a =N (5)这里是有6个未知数5个方程式,因此是不定方程组. 解这方程组:2×(5)-(1)得: 12e - b = N (6) 3×(6)+(2)得: 36e +c =4N (7) 4×(7)-(3)得: 144e -d =15N (8) 5×(8)+(4)得: 721e =76N (9)∴e =72176N 由(5)得: a =721265N把a 代入(1)得: b =721191N把b 代入(2)得: c =721148N把c 代入(3)得: d =721129N其结果为无穷多组解:N =721k k =1,2,3,….例如:当k =1时,a =256,b =191,c =148,d =129,e =76.……。

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