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关于不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)

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李益孟, 罗明. 关于不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2017, 39(8): 83-88. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.08.012
引用本文: 李益孟, 罗明. 关于不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2017, 39(8): 83-88. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.08.012
Yi-meng LI, Ming LUO. On the Diophantine Equation 5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2017, 39(8): 83-88. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.08.012
Citation: Yi-meng LI, Ming LUO. On the Diophantine Equation 5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2017, 39(8): 83-88. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2017.08.012

关于不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(11471265)
详细信息
    作者简介:

    李益孟(1991-),女,重庆忠县人,硕士研究生,主要从事代数数论的研究 .

  • 中图分类号: O156.2

On the Diophantine Equation 5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)

表( 2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-12
  • 刊出日期:  2017-08-20

关于不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3)

    作者简介: 李益孟(1991-),女,重庆忠县人,硕士研究生,主要从事代数数论的研究
  • 西南大学 数学与统计学院,重庆 400715
基金项目:  国家自然科学基金项目(11471265)

摘要: 运用递归序列和平方剩余的方法,证明了不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3) 仅有正整数解(xy)=(21,20).

English Abstract

  • 当(pq)=1,pq$\mathbb{N} $时,形如

    的不定方程已经有不少研究工作[1-10].在本文中,我们将运用递归数列方法证明当(pq)=(5,6) 时,不定方程

    仅有一组正整数解(xy)=(21,20).首先将方程(1) 化为

    容易知道方程x2-30y2=-5的全部整数解由一个结合类(歧类)给出

    其中$5+\sqrt{30}$x2-30y2=-5的最小正整数解,$11+2\sqrt{30}$是Pell方程u2-30v2=1的基本解.于是方程(2) 的解应满足

    容易看出yn=y-n,于是方程(2) 的解应满足

    容易验证下列关系式成立

    下面将证明(3) 式仅当n等于0,2,-1,-3时成立,由此求得方程(2) 的全部整数解,进而求得(1) 的全部正整数解.

  • 本节考察当n取何值时,4yn+5为完全平方数.在做此工作之前我们先介绍几个引理.

    引理1  设2|nn>0,则$\left( \frac{\pm 20{{v}_{2n}}+5}{{{u}_{2n}}} \right)=\left( \frac{{{u}_{n}}\pm 4{{v}_{n}}}{23} \right)$.

      当2|n时,u2n≡1(mod 8),vn≡0(mod 2),un≡1mod 8,于是

    证毕.

    引理2  若4yn+5是平方数,则n≡0,2,-1,-3(mod 2×52).

      在此次证明中我们采用对序列{4yn+5}取模的方法证明,分两步

    第一步:

    mod 101,排除n≡1,3(mod 5),此时4yn+5≡89,89(mod 101),余n≡0,2,4(mod 5),即n≡0,2,4,5,7,9,10,12,14,15,17,19,20,22,24(mod 25). mod 101是对{4yn+5}取的,mod 5指出所得剩余序列周期为5. 89为mod 101的平方非剩余,为节省篇幅,我们以下均按这种方式叙述.

    mod 701,排除n≡4,7,17,20(mod 25),此时4yn+5≡642,540,540,642(mod 701).余n≡0,2,5,9,10,12,14,15,19,22,24(mod 25).

    mod 14401,排除n≡5,12,19(mod 25),此时4yn+5≡14255,6834,14255(mod 14401),余n≡0,2,9,10,14,15,22,24(mod 25).

    mod 515401,排除n≡9,10,14,15(mod 25),此时4yn+5≡502844,226595,226595,502844mod 515401,余n≡0,2,22,24(mod 25)

    n≡0,2,22,24,25,27,47,49,50,52,72,74,75,77,97,99(mod 100).

    第二步:

    mod 231841,排除n≡3,4,5,7,12,14,15,16(mod 20),排除n≡24,25,27,47,52,72,74,75(mod 100).

    综上即余n≡0,2,22,47,49,50,77,97,99(mod 100),即n≡0,2,22,27,47,49(mod 50),mod 83401排除n≡22,27(mod 50),此时4yn+5≡81562,81562(mod 50).

    综上n≡0,2,-1,-3(mod 50).

    引理3  设n≡0(mod 2×52),则仅当n=0时,4yn+5为平方数.

      如果n≡0(mod 2×52)且n≠0则可令

    对{un±4vn}取模23,所得的两个剩余序列周期均为3,而对{2t}模3的剩余序列具有周期2.下面对k分两种情况讨论.

    情况Ⅰ  k≡1(mod 4) 时,令

    则有表 1.

    对表中所有m,均有

    于是,由(9),(10) 及引理1,有

    进而得

    从而4yn+5是非平方数.

    情况Ⅱ  k≡-1(mod 4) 时,令

    则有表 2.

    对表中所有m,均有

    于是,由(9),(10) 式及引理1,有

    进而得

    从而4yn+5是非平方数.

    n=0时,4yn+5=32.证毕

    引理4  设n≡-1(mod 2×52),则仅当n=-1时,4yn+5为完全平方数.

      如果n≡-1(mod 2×52)且n≠-1,则可令

    若取m为2t,5×2t之一,则由(10) 知:

    于是

    由引理1可知

    只要完全按照引理3证明过程中的方式取m,可得

    从而4yn+5不为平方数,假设不成立.

    n=-1时,4yn+5=32,证毕.

    引理5  设n≡2(mod 2×52),则仅当n=2时,4yn+5为完全平方数.

      如果n≡2(mod 2×52)且n≠2,则可令

    若取m为2t,5×2t之一,则由(10) 知,

    由于2∣m时,um≡1(mod 8),um≡1(mod 3).故

    {um}对mod 613的周期为612,而{2t}对mod 612的周期为24.

    对所有m,均有$\left( \frac{{{u}_{m}}}{613} \right)=-1$.于是由上可知

    从而4yn+5不为平方数,假设不成立.

    n=2时,4yn+5=432,证毕.

    引理6  设n≡-3(mod 2×52),则仅当n=-3时,4yn+5为完全平方数.

      如果n≡-3(mod 2×52)且n≠-3,则可令

    若取m为2t,5×2t之一,则由(10) 知,

    由于2∣m时,um≡1(mod 8),um≡1(mod 3).故

    只要完全按照引理5证明过程中的方式取m,可得

    从而4yn+5不为平方数,假设不成立.

    n=-3时,4yn+5=432,证毕.

  • 引理7  仅当n=0时,4yn+5是平方数.

      要使4yn+5≥0成立,即yn≤1,当且仅当n=0时成立,此时4yn+5=1.证毕.

  • 根据前面的讨论,现给出本文的主要结论.

    定理  不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3) 仅有一组正整数解(xy)=(21,20).

      由引理7知

    因此y=-1,-2;

    由引理3知

    因此y=0,-3;

    由引理4知

    因此y=0,-3;

    由引理5知

    因此y=20,-23;

    由引理6知

    因此y=20,-23.

    由此,容易知道方程(1) 共有20组整数解,其中有16组平凡解使得(1) 式两端都?#8838;悖?即(0,-1),(-3,-1),(-2,-1),(-1,-1),(0,-2),(-3,-2),(-2,-2),(-1,-2),(0,0),(-3,0),(-2,0),(-1,0),(0,-3),(-3,-3),(-2,-3),(-1,-3);另外4组非平凡解,它们是(-24,20),(21,20),(-24,-23),(21,-23).因此,不定方程5x(x+1)(x+2)(x+3)=6y(y+1)(y+2)(y+3) 仅有正整数解(xy)=(21,20).证毕.

参考文献 (10)

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