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如何解二元一次不定方程
意思就是说求方程ax+by=c中x,y的整数解。
对于这个问题,数论中有专门的解法,一般是采用辗转相除法来做,就是类似于求最大公因子的相除过程。因为可能直接用辗转相除法大家可能不好理解,我先用普通的解方程的方法来做,然后再跟大家介绍数论中的做法。
为了简化问题,我们先求7x+4y=1的一切整数解。
解:我们对等式进行变形,得到y=1-7x4=-x+1-3x4 式①
因为??是整数,所以1-3x4也必须是整数,再另y=1-3x4,变形得到4y+3x=1,再次变形表达成x=1-4y3=-y+1-y3 式②
因为??是整数,所以1-y3也必须是整数,然而1-y3是整数的条件就是1-y是3的倍数,所以y=3m+1 式③
这样1-y3是整数才能满足。从式③反推回式②,得到 x=-1-4m
再反推回式①得到 y=2+7m
至此,我们就得到了不定方程7x+4y=1的全部整数解x=-1-4m,y=2+7m式中??可以取任意的整数。
对结果表示怀疑?那么我们试几个??值:
当??=0时,x=-1,y=2;7x+4y=7×-1+4×2=1
当??=1时,x=-5,y=9;7x+4y=7×-6+4×9=1
如果还想试的话,自己去试吧,如果找到不对的情况请立刻去买彩票! O(∩_∩)O~
我们来分析一下这种计算方法,看看这么巧妙是如何实现的:
式①之中,我们通过变形把系数大的项移动到等式右边,然后把左边的系数除过去,得到y=1-7x4 式中?? ??都为整数,所以我们又变形得到y=-x+1-3x4,为何要这样呢?这就是关键所在!因为这样做就逐步的把系数减小了,前面的式子分子系数为7,而后面的变成了3!而根据1-3x4是一个整数,所以我们又可以列出新的不定方程,这个方程就要比我们最早的方程更简单,这样一直演算下去,最后分子系数肯定会变成1,比如x=-ay+a-yc,这时因为a-yc是整数,假设等于??,得到a-yc=m,变形得到y=a-cm,这就是最愉快的时候的,我们再一路反推回去,就可以得到原始的?? ??的通解表达式了。
上面的分析例子虽然简单,但是思想是对所有的不定方程都通用的,如果没有理解的话,请再仔细的看一遍,自己再演算一遍,肯定就OK了。
以上就是普通解二元不定方程的方法,时间很晚了,数论上的方法我就先不讲了,下次补上。
Winxos 2009-8-26 3:02:53
今天我接着上次的给大家讲一下数论中用的辗转相除法。
实际上辗转相除法就是上面解方程法的简化计算版本,原理是一样的。
我们还是以7x+4y=1为例子来讨论
式中a=7, b=4,我们对a, b来辗转相除(就是求a, b的最大公因子的过程),如下:
a=7除以b=4,商q1为1,余数为3,然后让b的值做a,余数做b,重复上一步操作,
a=4除以b=3,商q2为1,余数为1,停止计算(余数为0或者1就停止计算)。
表构造说明:第一行表示第几项,第二行??就是我们计算过程中得到的商序列??k,第三行规律为??0=1,??1=??1,pk=qkpk-1+pk-2 ,形象描述就是??从??2开始,等于沿着表中红色箭头方向第一项加上后两项的乘积。第四行规律为?0=0,?1=1,Qk=qkQk-1+Qk-2 绿色箭头方向。
我们建立一个辅助表格:
0123…K????1??2??3…??k??1??1??2??3…??k?01?2?3…?k表1 二元一次不定方程辅助表
下面我来告诉大家如何使用这个表,我们已经计算得到q1=1,q2=1,
我们也知道??0=1,??1=??1,?0=0,?1=1,将上面的数填入表中,我们得到下面的表:
012??11??11??2?01?2表2
根据pk=qkpk-1+pk-2我们得到p2=q2p1+p0=1×1+1=2
根据Qk=qkQk-1+Qk-2我们得到Q2=q2Q1+Q0=1×1+0=1
公式 1:不定方程的一个特解为x=-1n-1Qn , y=-1npn 其中n就是表中的第一行。
所以我们得到了不定方程7x+4y=1的:
一个特解为:x=-12-1=-1 , y=-122=2
下面给出几个相关的定理:
定理 1:如果二元一次不定方程ax+by=c有一整数解x=x0 , y=y0 ;
又假定a,b=d即a=a1d , b=b1d
则ax+by=c的一切解可以表示为x=x0-b1t , y=y0+a1t , 其中 t=0,±1,±2,…
定理 2:ax+by=c有整数解的充分必要条件是a,b|c
术语解释:a,b表示 a,b的最大公
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