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由不定方程……(x

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参考文献中“

5121

=125+1759

+1208725

”是5121的第一类好表法,我们通过讨论认为:由于

5121的第一类好表法不是唯一的,该问题就是讨论“不定方程

5121=

1x+1y+1z (x

的正整数解”,并由此得到了讨论真分数的第一类好表法的探讨方法.

命题:若m,n∈N+则不定方程

1x+1y

=mn (x≤y)

(1)

(i)有相同正整数解的充分条件是:

m=1或m=2.

(ii)有不同整数解(x

a,b满足:a>b,a|n,b|n,m|a+b,且其解为:

x=(1+ba)nm

,y=(1+ab

)nm.

证明:(i)充分性:设x=y,代入(1)得

x=2nm,因此

m|2n,由于(m,n)=1,所以

m|2.所以m=1或2.

(ii)充分性:设x,y∈N+,x

mxy=n(x+y.

(x,y)=d,x=dx1,y=dy1,x1

得 mdx1y1=m(x1+y1)

因为(m,n)=1,(x1,y1)=1.

所以

(x1y1,x1+y1)=1,x1y1|n,m|x1+y1

a=y1,b=x1,

a|n,b|n,m|a+b,d=nm

(1a+1b)

所以,x=(1+ba)nm.

y=(1+ab)nm

必要性:设a+b=km,n=aα,n=bβ,k,α,β∈N+,α

kmn

=1α+1β,

mn

=1kα+

1kβ.

令kα=x,kβ=y(x

所以x=(1+b a)nm

,y=(1+ab)nm,是

1x+1y=

mn的解,

故命题得证.

由该命题得到:当

mn一定时,不定方程(1)的解仅与

ab有关.

推论:如果a1,b1与a2,b2分别是方程(1)中n的两不同因素,并满足

m|a1+b1,m|a2+b2,

a1b1=a2b2则对应

a1,b1的解与对应a2,b2的解是同解.

由此推论可大大减少方程(1)的运算量,应予以重视.

例1 求不定方程

1x+

1y=

49 (x≤y)的正整数解.

解: 显然该不定方程仅有x

因为9=32有三个因素1 ,3 ,9.

满足4|a+b的a+b有(a,b)=(3,1),(9,3),

由于

ba

=13.

所以x=3,y=9.

下面来讨论

1x

+1y

+1z

=5121

(x

的正整数解.

解:由题意得

1y

+1z

=5x-12121x

3x

>1x

+1y

+1z

=5121

所以25≤x≤72.

x=25时,1y+1z

=452×112.

n=52×112有9个因素:1,5,11,25,55,121,275,605,3025.

满足4|a+b的因素有:(a,b)=(11,1),(11,5),(25,11),(55,1),(55,5),(55,25),(121,11),(121,55),(275,1),(275,5),(275,25),(275,121),(605,11),(605,55),(605,275),(3025,11),(3025,55)(3025,275).

其ba分别为:

111

,511

,1125,155

,111

,511

,111,511

,1275

,155

,111

,1125

,155,

111

,511

,1285,155

,111.

不同的ba的值仅有5个,即:

ba

=111

,155

,1275

,511

,1125.

由此求得(y,z)=(825,9075),(770,42350),(759,208725),(1100,2420),(1089,2475)

再将x=25加上去便得到不定方程的五组解.

同样依次取x=26,27,28,…,72便可以得到

(x,y,z)=(26,351,84942),(26,350,275275),(26,352,50336),(26,363,9438),(27,242,6434),(27,234,84942),(27,297,1089),(30,132,2420),(33,121,363),(33,91,33033),(33,93,37510),(33,99,1089),(34,84,172788),(44,54,13068),(44,55,2420),(45,55,1089).

综上所述便求得了

5121=1x

+1y+1z(x

参考文献:

[1] 柯召,孙琦.单位分数.