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:【
打
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 ;
一
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
=
一
,
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,=—
r
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;
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(”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
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,
2 一 , 1.1
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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
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——
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了
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( , )=(
) …………¨ ’
方程 +2
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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
一
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
一
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
 ̄
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’
( )。 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
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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【
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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
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明这一解是惟一的。
O O
根掘臀 和 rl:质仃:【
打
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)
,
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I 一6v::3
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…………
(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
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.
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1 75一
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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
=
一
,
2
,
’
其中(x¨
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:
证明
,
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2=2s。 +l—V V。
V,:loll0+ l’o
l +25+3 +..1.“ =2,1
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……
(10)
=
2.
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.
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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 , ) )√
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31。:2x2 q! l
,
、
f& = +6 Jjl,,n1’
或l ̄a=2x2+2x- 31t,2=( )
l =loll +
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2 iI , 1G
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2 一 , 1.1
I
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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 +^)
J=3pv2 y=¨’
.
【 一2=2l。 川一 +^ ,一
)(。= u-1
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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
一
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
一
3p+P 1(rood3、
究方向:应用数学,广西南宁530i}(17
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—
1 76一