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关于丢番图方程I 5+2 5+3 5+……+x 5=py 2

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2024年5月15日发(作者:郝英卓)

No.6 

墼 

TIME EDUI:ATION June 

关于丢番图方程 5+25+35+0 0 0 0 0 0+xS=py2 

叶奕茂 

摘要:证明了丢番图方程』 + +3 +……+ = 在p=12k+l且P能使lA2 6pl22=3和 一6p ̄=1有正整数解时,丢番图方程j +25+ 

3 +……+ 必有无穷多组正整数解 J= ’ 。 

关键词:丢番图方程路卡斯猜想沛尔方程正整数解 

中图分类号:G42 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2010.06.138 

1引言 

关于等幂和与路卡斯猜想。 

5u +1 2 

5V +2u 

It , 。 

27 

l 1 

3, l=27 

等幂和 (,71 ∑ 是一个古老而有趣的问题,自从两千多年 

前的希腊数学家阿基米德开始就颇具有魅力,吸引着许多数学家 

的兴趣,其中前五个等幂和公式早已为人们所熟知: 

(”)=i1"( +1), 

(”) 1,}f『}4 

(”)= 1"("+】)(2 

1), 

V ,V【】=1,Vl=1 1 

(月) /

n。《n+1): 

4 

3定理: 

定理1:方程 +2 +3 +……+ = 有无穷多个正整数解 

十 )‘。n’} )

’ 

( )。 1,7:( +1)、(2n:+2n

1) 

v J=r , f ± 』 ) 

关于 r J= 的研究有着悠久的历史和丰富的成果,

、, 

至今仍 

= 

故 

引着许多数学家的研究兴趣。不定方程: 

rt 

+2 +3”+……+ = ……………………………………(1) 

r L 

+ n 

嗣.满足: 

引: 

f- +2:10v.  lVo=1 V =1I 

i- +2=lO‘+ 一 +4 Xo=1,)(1=13 

有否x,y):(1,1)外的非平凡整解问题,令人属目。 

n=l时,有无穷多个正整数解,2004年由张一新完成了证明。

= lI 

 

,一 1- 

l【 

V 

+"  

订 ̄--:铂1:1 :15+ +3 十……+ =y2 

n=2时,l875年E.1ucas找到~解(24,70),1996年王云葵证 

甜 一n  .n  

明这一解是惟一的。 

O O 

根掘臀 和 rl:质仃:【 

1 (2 !+2 —1):3 

n=3时, + +3 +……+ = 化为 

多个正整数解:y 。 

】 = ,显然有无穷 

X O,2(mod3)=>3Ix(x+1) 

:>3j ! ± !,3 2 +2x-I 

嗣 (x( +1).2x +2x一1)=1:刚仃lIi: 数w、v,蚀 : 

x(x +1) I 

3,{ ,! +2 ~i: , 

n1>4时,又如何呢?仍未解决,2004年徐宁、张一新分别证明 

了 +2 +3 +-・-…+Xs=v ………………………………………(2) 

有无穷多个正整数解,但并没有给出全部正整数解的通解公 

式,本文获得了方程(2)的全部正整数解的通解公式,并且还推广 

至0 +2 +3 +……+ = ……………………………………(3.1) 

+2 +3 +……+. =印 ………………………………(3.2) 

f1.址 

y=1l| (w. ):1 ……(6) 

【! 1。:3 :九I{j祭数 。 

的情形,并给出了证明。 

2引理 

符: ;l(mod3j= >3,x(x+Ij 

} 2x!+2x一1=2×1+2×1—1 3 0(rood31 

=>3l2x 十 一1 

引理1:设P为素数,D>0为非平方数,则Pell方程/,/e De=±尸 

至多有一组基本解(‰+v。√ ,如果方程有正整数解,则当PI2D时 

有一个结合类,当P ̄'2D时有两个结合类,并且若(U。,Vo)是方程的 

基本解,而( Yo)是Pell方程b/2-Dv =』的基本解,则方程的无穷 

多组正整数解(1A ,v )满足: 

( +y √D.}=(xo+y √D)( +v D) (n≥0) ………………(4) 

引理2:Pell方程IAg-6v ̄=3必有无穷多组正整数解( , ),并 

且满足: 

2 

敞仃 髂数解w,v僮 : 

( )! 。2x +2 一1 3v:.y:w ……(7) 

…2 卜l ‘( 。一 =3 

令 2x+l=u,州仃 

I 一6v::3 

O2 _I ,” -3, 7

…………

(5) 

根据' ̄IN2知,方程 + + +……+ = 的必有正整数解并 

L :=1 Ov l—V , l=1, =1 1 

证明: 

且可表为: yJ= , 

个结合类. 

,其中( v )由(5)表出,从而 

Ijl 1,知:3 l2,所以仪 

. r“!一6v:=3的 小 为: z,o=3, =1 

L :一6

1,::1 I1{J堪奉祥为:Xo:5, :2 

{ :i 1 Ⅲl二 + : 二三3} ………cs 

定 2:殴P>I为i 憋教 3 1 ,则曩舔 方 ; 

f由0l l,一 (x + 47)=(3+qt6)(5+2Vf6) 

1 75一 

堕 夔 

NO.6 

TIME EDI『CATION Jmae 

1 + +3 +.…..+ =, ………(3

1) 

即p=12k+l(k=O、1、2、……)时,2x +2x一3=3pv 有正整数解。 

必铂无穷多个iE祭数斛.井H v: 、 

2 

即(2x=1) ~6pv :3 

其『}l|x、V满足: 

定理3: 

当P>I为正整数且3)/e,则方程(3)的解可表为 

(2 +』) 一6in 。3,P i<mod 11) ………(9) 

五. 也

= 

, 

2 

’ 

其中(x¨

” 

, )满足:

: 

证明 

, 

, 

P=2时.疗 为: 

2=2s。 +l—V V。 

V,:loll0+ l’o 

l +25+3 +..1.“ =2,1 

souo

……

(10) 

2. 

+6pt ovo-1 

1一 +S。一1 X。= 

x,=—

丰犍据等 和性质订:[ ! 九2xz+2x-I): : 

其中( ,,o)足P。l1方程 一6pt :1麟本解; 

阿嫒定理I的证{{l}_:①令 

(”0, )是Pel1 程“ 一6pv。=3揍本解 

( ) ,61,2=2X 2+2 一1’_l—w , 

或 =2x-"+2 一】,61.2:( ) , :w、 

l:明:

 

 

}螽丢番图 疗 : 

l +2 +3 +・・・・・・+ : 

照然6v 怒偶数, 2 ?;2x一1怒奇数 

必有尢穷多个l 整数解.并 lJ: 二_ v 

6u:=2x。+2x一1无整数孵,6}, 

』): 然跑茏熬数职 

2 

其中x、v满足: 

②令 

(2x+1 一6/.q, =3,P 1(rood 12) 

2 ( )2。 

那么找们就令 

2 +1= 

或2w。:2x +2 一1 

.. 

” 一6pv =3 

"INtt ̄ 本解( f0,vo) 

再由. !一6pt 1 

,僻{“毖本解(so,, ) 

娃然2W2=( )2 !=( )。 【} 

当p>2时,且MP时, +2 +3 +……+X ̄=p/4J4 : 

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] ( +2x一』J= ……………(1 1) 

“一 46tn I 

同理P=2的证明: 

.. 

(“ 十,16pv, )( 一√6P ) 

①令 

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:(兰 ) 

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f& = +6 Jjl,,n1’ 

或l ̄a=2x2+2x- 31t,2=( ) 

l =loll + 

2 

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2 一 , 1.1

 

t,: 

由P不是平方数且3 ,所以pw ( ) 无正整数解,而 

1 +S

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 .

IV 

g_ ̄3w2=( ) 无正整数解。 

②令 

f =2s 

vo,V1=,I +^) 

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【 一2=2l。 川一 +^ ,一 

)(。= u-1

%U

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pt

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=—

——

, 

+ +……+ 的正整数解 

( , )=( 

) …………¨ ’ 

方程 +2 

《x .v ):《x . n±l l!B、 

2 

由P不足平疗数[ ̄L alp, 然3 :( ) 兄Ij 数斛 

1,VI 107 

那么我们冉行:w :( )z,2 十2 一1:3 , : 

x ̄-=4 x =-472 

由卜式:2x +2 一1 3口v 

证明:同理定理1的证明。 

碍I錾 (2x+】) 一6 ,:=3 

参考文献: 

【1】曾珍富.数论中的问题与结果fM1 哈尔滨工业大学出版 

向 3p'’。=2×(x+1)一1 —l(mod4) 

社.1998:124~126 

:-3(mod4) 

[21Y- ̄葵.路卡斯方程唯一解的简洁初等证明U】l数学通讯,1996, 

..

pv。il(mod 4、 

(11):27~28. 

= P I(mod4) …………(13) 

【3】王云葵,罗华明.关于方程路卡斯猜想的推广形式【I1l柳师专学 

报,1999,14,(3):93~95. 

而 一6pv ;3(rood9) 

[4]Y-云葵,周科.幂和不等式与Bowen的猜想U】.广西师范学院学 

2pv l(mod3) 

报,1999,16,(2):23~28. 

2p I(mod3、 

作者简介:叶奕茂,(1979一),男.广西机电职业技术学院助教,研 

3p+P 1(rood3、 

究方向:应用数学,广西南宁530i}(17 

=>P l(mod3) ………………(14) 

1 76一 

2024年5月15日发(作者:郝英卓)

No.6 

墼 

TIME EDUI:ATION June 

关于丢番图方程 5+25+35+0 0 0 0 0 0+xS=py2 

叶奕茂 

摘要:证明了丢番图方程』 + +3 +……+ = 在p=12k+l且P能使lA2 6pl22=3和 一6p ̄=1有正整数解时,丢番图方程j +25+ 

3 +……+ 必有无穷多组正整数解 J= ’ 。 

关键词:丢番图方程路卡斯猜想沛尔方程正整数解 

中图分类号:G42 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2010.06.138 

1引言 

关于等幂和与路卡斯猜想。 

5u +1 2 

5V +2u 

It , 。 

27 

l 1 

3, l=27 

等幂和 (,71 ∑ 是一个古老而有趣的问题,自从两千多年 

前的希腊数学家阿基米德开始就颇具有魅力,吸引着许多数学家 

的兴趣,其中前五个等幂和公式早已为人们所熟知: 

(”)=i1"( +1), 

(”) 1,}f『}4 

(”)= 1"("+】)(2 

1), 

V ,V【】=1,Vl=1 1 

(月) /

n。《n+1): 

4 

3定理: 

定理1:方程 +2 +3 +……+ = 有无穷多个正整数解 

十 )‘。n’} )

’ 

( )。 1,7:( +1)、(2n:+2n

1) 

v J=r , f ± 』 ) 

关于 r J= 的研究有着悠久的历史和丰富的成果,

、, 

至今仍 

= 

故 

引着许多数学家的研究兴趣。不定方程: 

rt 

+2 +3”+……+ = ……………………………………(1) 

r L 

+ n 

嗣.满足: 

引: 

f- +2:10v.  lVo=1 V =1I 

i- +2=lO‘+ 一 +4 Xo=1,)(1=13 

有否x,y):(1,1)外的非平凡整解问题,令人属目。 

n=l时,有无穷多个正整数解,2004年由张一新完成了证明。

= lI 

 

,一 1- 

l【 

V 

+"  

订 ̄--:铂1:1 :15+ +3 十……+ =y2 

n=2时,l875年E.1ucas找到~解(24,70),1996年王云葵证 

甜 一n  .n  

明这一解是惟一的。 

O O 

根掘臀 和 rl:质仃:【 

1 (2 !+2 —1):3 

n=3时, + +3 +……+ = 化为 

多个正整数解:y 。 

】 = ,显然有无穷 

X O,2(mod3)=>3Ix(x+1) 

:>3j ! ± !,3 2 +2x-I 

嗣 (x( +1).2x +2x一1)=1:刚仃lIi: 数w、v,蚀 : 

x(x +1) I 

3,{ ,! +2 ~i: , 

n1>4时,又如何呢?仍未解决,2004年徐宁、张一新分别证明 

了 +2 +3 +-・-…+Xs=v ………………………………………(2) 

有无穷多个正整数解,但并没有给出全部正整数解的通解公 

式,本文获得了方程(2)的全部正整数解的通解公式,并且还推广 

至0 +2 +3 +……+ = ……………………………………(3.1) 

+2 +3 +……+. =印 ………………………………(3.2) 

f1.址 

y=1l| (w. ):1 ……(6) 

【! 1。:3 :九I{j祭数 。 

的情形,并给出了证明。 

2引理 

符: ;l(mod3j= >3,x(x+Ij 

} 2x!+2x一1=2×1+2×1—1 3 0(rood31 

=>3l2x 十 一1 

引理1:设P为素数,D>0为非平方数,则Pell方程/,/e De=±尸 

至多有一组基本解(‰+v。√ ,如果方程有正整数解,则当PI2D时 

有一个结合类,当P ̄'2D时有两个结合类,并且若(U。,Vo)是方程的 

基本解,而( Yo)是Pell方程b/2-Dv =』的基本解,则方程的无穷 

多组正整数解(1A ,v )满足: 

( +y √D.}=(xo+y √D)( +v D) (n≥0) ………………(4) 

引理2:Pell方程IAg-6v ̄=3必有无穷多组正整数解( , ),并 

且满足: 

2 

敞仃 髂数解w,v僮 : 

( )! 。2x +2 一1 3v:.y:w ……(7) 

…2 卜l ‘( 。一 =3 

令 2x+l=u,州仃 

I 一6v::3 

O2 _I ,” -3, 7

…………

(5) 

根据' ̄IN2知,方程 + + +……+ = 的必有正整数解并 

L :=1 Ov l—V , l=1, =1 1 

证明: 

且可表为: yJ= , 

个结合类. 

,其中( v )由(5)表出,从而 

Ijl 1,知:3 l2,所以仪 

. r“!一6v:=3的 小 为: z,o=3, =1 

L :一6

1,::1 I1{J堪奉祥为:Xo:5, :2 

{ :i 1 Ⅲl二 + : 二三3} ………cs 

定 2:殴P>I为i 憋教 3 1 ,则曩舔 方 ; 

f由0l l,一 (x + 47)=(3+qt6)(5+2Vf6) 

1 75一 

堕 夔 

NO.6 

TIME EDI『CATION Jmae 

1 + +3 +.…..+ =, ………(3

1) 

即p=12k+l(k=O、1、2、……)时,2x +2x一3=3pv 有正整数解。 

必铂无穷多个iE祭数斛.井H v: 、 

2 

即(2x=1) ~6pv :3 

其『}l|x、V满足: 

定理3: 

当P>I为正整数且3)/e,则方程(3)的解可表为 

(2 +』) 一6in 。3,P i<mod 11) ………(9) 

五. 也

= 

, 

2 

’ 

其中(x¨

” 

, )满足:

: 

证明 

, 

, 

P=2时.疗 为: 

2=2s。 +l—V V。 

V,:loll0+ l’o 

l +25+3 +..1.“ =2,1 

souo

……

(10) 

2. 

+6pt ovo-1 

1一 +S。一1 X。= 

x,=—

丰犍据等 和性质订:[ ! 九2xz+2x-I): : 

其中( ,,o)足P。l1方程 一6pt :1麟本解; 

阿嫒定理I的证{{l}_:①令 

(”0, )是Pel1 程“ 一6pv。=3揍本解 

( ) ,61,2=2X 2+2 一1’_l—w , 

或 =2x-"+2 一】,61.2:( ) , :w、 

l:明:

 

 

}螽丢番图 疗 : 

l +2 +3 +・・・・・・+ : 

照然6v 怒偶数, 2 ?;2x一1怒奇数 

必有尢穷多个l 整数解.并 lJ: 二_ v 

6u:=2x。+2x一1无整数孵,6}, 

』): 然跑茏熬数职 

2 

其中x、v满足: 

②令 

(2x+1 一6/.q, =3,P 1(rood 12) 

2 ( )2。 

那么找们就令 

2 +1= 

或2w。:2x +2 一1 

.. 

” 一6pv =3 

"INtt ̄ 本解( f0,vo) 

再由. !一6pt 1 

,僻{“毖本解(so,, ) 

娃然2W2=( )2 !=( )。 【} 

当p>2时,且MP时, +2 +3 +……+X ̄=p/4J4 : 

+√ ,=( +√ 帆 +√_,。)” fn≥0>……(15) 

] ( +2x一』J= ……………(1 1) 

“一 46tn I 

同理P=2的证明: 

.. 

(“ 十,16pv, )( 一√6P ) 

①令 

《 6pt , ) )√ 

:(兰 ) 

31。:2x2 q! l 

f& = +6 Jjl,,n1’ 

或l ̄a=2x2+2x- 31t,2=( ) 

l =loll + 

2 

2 iI , 1G

2 一 , 1.1

 

t,: 

由P不是平方数且3 ,所以pw ( ) 无正整数解,而 

1 +S

+6t 

 .

IV 

g_ ̄3w2=( ) 无正整数解。 

②令 

f =2s 

vo,V1=,I +^) 

J=3pv2 y=¨’ 

【 一2=2l。 川一 +^ ,一 

)(。= u-1

%U

+6

pt

oVo-1 

=—

——

, 

+ +……+ 的正整数解 

( , )=( 

) …………¨ ’ 

方程 +2 

《x .v ):《x . n±l l!B、 

2 

由P不足平疗数[ ̄L alp, 然3 :( ) 兄Ij 数斛 

1,VI 107 

那么我们冉行:w :( )z,2 十2 一1:3 , : 

x ̄-=4 x =-472 

由卜式:2x +2 一1 3口v 

证明:同理定理1的证明。 

碍I錾 (2x+】) 一6 ,:=3 

参考文献: 

【1】曾珍富.数论中的问题与结果fM1 哈尔滨工业大学出版 

向 3p'’。=2×(x+1)一1 —l(mod4) 

社.1998:124~126 

:-3(mod4) 

[21Y- ̄葵.路卡斯方程唯一解的简洁初等证明U】l数学通讯,1996, 

..

pv。il(mod 4、 

(11):27~28. 

= P I(mod4) …………(13) 

【3】王云葵,罗华明.关于方程路卡斯猜想的推广形式【I1l柳师专学 

报,1999,14,(3):93~95. 

而 一6pv ;3(rood9) 

[4]Y-云葵,周科.幂和不等式与Bowen的猜想U】.广西师范学院学 

2pv l(mod3) 

报,1999,16,(2):23~28. 

2p I(mod3、 

作者简介:叶奕茂,(1979一),男.广西机电职业技术学院助教,研 

3p+P 1(rood3、 

究方向:应用数学,广西南宁530i}(17 

=>P l(mod3) ………………(14) 

1 76一 

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