二元一次不定方程的解法总结与例题.doc
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1、探究二元一次不定方程(Inquires into the dual indefinite equation)冯晓梁(XiaoLiang Feng) (江西科技师范学院 数计学院 数一班 330031)【摘 要】: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常常化为二元一次不定方程问题加以解决。我们讨论二元一次方程的整数解。The dual indefinite equation is the simple the indefinite equation, some complex indefinite equations change into the dual indefinit
2、e equation question to solve frequently. We discuss the dual linear equation the integer solution.【关键字】:二元一次不定方程 初等数论 整数解 (Dual indefinite equation Primary theory of numbers Integer solution)二元一次方程的概念:含有两个未知数,并且未知项的次数是1的方程叫做二元一次方程。一个方程是二元一次方程必须同时满足下列条件;等号两边的代数式是整式;具有两个未知数;未知项的次数是1。如:2x-3y=7是二元一次方程,而
3、方程4xy-3=0中含有两个未知数,且两个未知数的次数都是1,但是未知项4xy的次数是2,所以,它是二元二次方程,而不是二元一次方程。定理1.形如(不同时为零)的方程称为二元一次不定方程。1二元一次方程的解和解二元一次方程:能使一个二元一次方程两边的值相等的未知数的一组值叫做这个方程的一个解,但若对未知数的取值附加某些限制,方程的解可能只有有限个。通常求一个二元一次方程的解的方法是用一个未知数的代数式表示另一个未知数,如x-2y=3变形为x=3+2y,然后给出一个y的值就能求出x的一个对应值,这样得到的x、y的每对对应值,都是x-2y=3的一个解。定理2.方程有解的充要是;2若,且为的一个解,
4、则方程的一切解都可以表示成: (t为任意整数)定理2的扩展.元一次不定方程,()有解的充要条件是.方法与技巧:1解二元一次不定方程通常先判定方程有无解。若有解,可先求一个特解,从而写出通解。当不定方程系数不大时,有时可以通过观察法求得其解,即引入变量,逐渐减小系数,直到容易得其特解为止;2解元一次不定方程时,可先顺次求出,.若,则方程无解;若|,则方程有解,作方程组:求出最后一个方程的一切解,然后把的每一个值代入倒数第二个方程,求出它的一切解,这样下去即可得方程的一切解。对于解不定方程(组),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)常常化为二元一次不定方程问题加以解决,设a
5、,b,c,d为整数,则不定方程ax+by=c有如下两个重要命题:(1)若(a,b)=d,且d不等于c,则不定方程ax+by=c没有整数解。(2)若Xo,Yo是方程ax+by=c且(a,b)=1的一组整数解(称特解),则 x=Xo+bt,(t为整数)y=Yo-at 是方程的全部整数解(称通解)。求:方程5x-3y=-7的正整数解. 解:原方程X=(3y-7)/5 即X=-2+3(y+1)/5 (1) Y=4时,x=1 即 X=1 Y=4 为原方程的一组整数解,因此,原方程的所有整数解为 X=1-3k (k为任意整数) Y=4-5k 再令X大于0,y大于0,即有不等式组 1-3k大于0 4-5k大
6、于0 解得K小于1/3,所以当k取0,-1,-2,时原方程可得到无穷多组正整数X=1-3k (k=0,-1,-2,) Y=4-5k题:某人家的电话号码是八位数,将前四位数组成的数和后四位组成的数相加得14405,将前三位组成的数雨后五位相加得16970,求这个人家中的电话号码。解:可将两个已知条件变为两个方程,用方程只是去解决。关键是怎么样设未知数,不妨将a b c d e f g h的a b c 设为x;d设为y,e f g h 设为z可以很快构造出方程组。设电话号码是10000x+10000y+z,其中x,y,z均为自然数,且100x999,0y9, 10x+y+z=14405.1000z
7、9999,则 x=10000y+z=16970。-化简得1111y-x=285,即1111y=x+285.100x999, 385x+2851284。385/1111y1284/1111又y为整数 y=1,x=826,z=6144即 此电话号码为82616144.例:(1)求方程15x+52y=6的所有整数解。(2)求不定方程5x+7y=978的正整数解的组数。解:对于(1),通过观察或辗转相除法,先求出特解;对于(2),先表示出方程的全部整数解,再解不等式组确定方程的正整数解的组数; 【解法一】(1)观察易得一个特解x=42,y=-12 ,原方程所有整数解为x=42-52t,(t为整数) y
8、=-12+15t【解法二】(1)x=-4y+ 6+8y/15 , 令6+8y/15= t1 ,得y=2 t1- t1+6 / 8,令t1+6 / 8=t,得t1=8t-6,化简得: x=42-52t,(t为整数) y=-12+15t(2)可得原不定方程的通解为 x=197-7t (t为整数) y=-1+5t 由x0,y0得 1t28即原不定方程有28个正整数解。利用辗转相除法求整数解:例 求方程407x-2816y=33的一个整数解,并写出它的通解 解:将方程化简为 37x-256y=3即37x+256(-y)=3 256=637+34 37=134+3 34=113+1 1=34-113=(
9、256-637)-1137-(256-637)=256-637-1137+11256-6637=37(-6-11-66)+256(1+11) 即37(-83)+25612=1 上式各项乘以3得37(-249)+25636=3 原方程的一个整数解是Xo =-249Yo =-36通解为 (t为任意整数)x=-249+256ty=-36-37t 这就是用辗转相除法解的,这种方适用于所有的有整数解的方程。因为1是所有整数的约数。辗转相除总能除到余数为1,再逆推,化为原不定方程的形式。但用辗转相除除到余数为1,再逆推,这一过程较繁,若除到余数是常数项的约数,也可逆推,化为原不定方程的形式,这样就简便些。
10、又如解不定方程13x+15y=8 解:15=13+2(2是常数8的约数)2=15-13即8=13(-4)+154 方程一特解Xo =-4Yo =4 所以原方程的通解为x=-4+15ty=4-13t 求不定方程47x-97y=501的整数解解:97=472+3 (3是501的约数) 3=97-472 (左右同乘167) 即501=97167-47334 47(-334)-97(-167)=501 Xo =-334 方程的一个特解为 Yo =-167 x=-334+97t 不定方程的通解 (t为整数) y=-167+47t 上述用辗转相除,除到余数是常数的约数就逆推化为原不定方程的形式,从而求出它
11、的一个特解的方法,得出通解。参考文献:1闵嗣鹤 严士健,初等数论【M】,高等教育出版社,2003年7月第3版,P252闵嗣鹤 严士健,初等数论【M】,高等教育出版社,2003年7月第3版,P25二元一次不定方程的解法我们知道,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x-2y=3,方程组等,它们的解是不确定的像这类方程或方程组就称为不定方程或不定方程组不定方程(组)是数论中的一个古老分支,其内容极其丰富我国对不定方程的研究已延续了数千年,“百鸡问题”等一直流传至今,“物不知其数”的解法被称为中国剩余定理近年来,不定方程的研究又有新的进展学习不定方程,不仅可以
12、拓宽数学知识面,而且可以培养思维能力,提高数学解题的技能我们先看一个例子例 小张带了5角钱去买橡皮和铅笔,橡皮每块3分,铅笔每支1角1分,问5角钱刚好买几块橡皮和几支铅笔?解 设小张买了x块橡皮,y支铅笔,于是根据题意得方程3x+11y=50这是一个二元一次不定方程从方程来看,任给一个x值,就可以得到一个y值,所以它的解有无数多组但是这个问题要求的是买橡皮的块数和铅笔的支数,而橡皮的块数与铅笔的支数只能是正整数或零,所以从这个问题的要求来说,我们只要求这个方程的非负整数解因为铅笔每支1角1分,所以5角钱最多只能买到4支铅笔,因此,小张买铅笔的支数只能是0,1,2,3,4支,即y的取值只能是0,
13、1,2,3,4这五个若y=3,则x=17/3,不是整数,不合题意;若y=4,则x=2,符合题意所以,这个方程有两组正整数解,即也就是说,5角钱刚好能买2块橡皮与4支铅笔,或者13块橡皮与1支铅笔像这个例子,我们把二元一次不定方程的解限制在非负整数时,那么它的解就确定了但是否只要把解限制在非负整数时,二元一次不定方程的解就一定能确定了呢?不能!现举例说明例 求不定方程x-y=2的正整数解解 我们知道:3-1=2,4-2=2,5-3=2,所以这个方程的正整数解有无数组,它们是其中n可以取一切自然数因此,所要解的不定方程有无数组正整数解,它的解是不确定的上面关于橡皮与铅笔的例子,我们是用逐个检验的方
14、法来求它们的非负整数解的,但是这种方法在给出的数比较大的问题或者方程有无数组解的时候就会遇到麻烦那么能不能找到一个有效而又方便的方法来求解呢?我们现在就来研究这个问题,先给出一个定理定理 如果a,b是互质的正整数,c是整数,且方程ax+by=c 有一组整数解x0,y0则此方程的一切整数解可以表示为其中t=0,1,2,3,证 因为x0,y0是方程的整数解,当然满足ax0+by0=c, 因此a(x0-bt)+b(y0+at)=ax0+by0=c这表明x=x0-bt,y=y0+at也是方程的解设x,y是方程的任一整数解,则有ax+bx=c. -得a(x-x0)=b(y-y0) 由于(a,b)=1,所
15、以ay-y0,即y=y0+at,其中t是整数将y=y0+at代入,即得x=x0-bt因此x, y可以表示成x=x0-bt,y=y0+at的形式,所以x=x0-bt,y=y0+at表示方程的一切整数解,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11x+15y=7的整数解解法1 将方程变形得因为x是整数,所以7-15y应是11的倍数由观察得x0=2,y0=-1是这个方程的一组整数解,所以方程的解为解法2 先考察11x+15y=1,通过观察易得11(-4)+15(3)=1,所以11(-47)+15(37)=7,可取x0=-28,y0=21从而可见,二元一次不定方程在无
16、约束条件的情况下,通常有无数组整数解,由于求出的特解不同,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将解中的参数t做适当代换,就可化为同一形式例2 求方程6x+22y=90的非负整数解解 因为(6,22)=2,所以方程两边同除以2得3x+11y=45 由观察知,x1=4,y1=-1是方程3x+11y=1 的一组整数解,从而方程的一组整数解为由定理,可得方程的一切整数解为因为要求的是原方程的非负整数解,所以必有由于t是整数,由,得15t16,所以只有t=15,t=16两种可能当t=15时,x=15,y=0;当t=16时,x=4,y=3所以原方程的非负整数解是例3 求方程7x+
17、19y=213的所有正整数解分析 这个方程的系数较大,用观察法去求其特殊解比较困难,碰到这种情况我们可用逐步缩小系数的方法使系数变小,最后再用观察法求得其解解 用方程7x+19y=213 的最小系数7除方程的各项,并移项得因为x,y是整数,故3-5y/7=u也是整数,于是5y+7u=3儆*5除此式的两边得2u+5v=3 由观察知u=-1,v=1是方程的一组解将u=-1,v=1代入得y=2y=2代入得x=25于是方程有一组解x0=25,y0=2,所以它的一切解为由于要求方程的正整数解,所以解不等式,得t只能取0,1因此得原方程的正整数解为当方程的系数较大时,我们还可以用辗转相除法求其特解,其解法
18、结合例题说明例4 求方程37x+107y=25的整数解解 107=237+33,37=133+4,33=84+1为用37和107表示1,我们把上述辗转相除过程回代,得1=33-84=37-4-84=37-94 =37-9(37-33)=933-837 9(107-237)8379107-2637 =37(-26)+1079由此可知x1=-26,y1=9是方程37x+107y=1的一组整数解于是x0=25(-26)=-650,y0=259=225是方程37x+107y=25的一组整数解所以原方程的一切整数解为例5 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?解
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