编程之美4.10拓展问题2

解方程:he*he=she

解:s*100=she-he=he*he-he=he(he-1)

因为(he,he-1)=1,100=4*25

所以4|he,25|he-1或者4|he-1,25|he

如果4|he,25|he-1,那么he=76,s=57,矛盾

如果4|he-1,25|he,那么he=25,s=6

综上,唯一解是25*25=625


推广:

在k进制下求解he*he=she

解:同上可得,s*k*k=he(he-1)

因为(he,he-1)=1

所以k=u*v,(u,v)=1,he=a*u*u,he-1=b*v*v,s=a*b

所以a*u*u=b*v*v+1即a是u*u mod v*v 的逆元

即a是(u mod v的逆元)的平方

注:这里我们得到一个有趣的小结论,he一定是完全平方数!


现在问题化为,求u,v,b 使得u>1,v>1,(u,v)=1,取cu mod v的逆元的话,有b*v*v=(c*u-1)(c*u+1)

且c*c*b<u*v(这个是因为s是k进制1位数,而he=c*c*u*u一定是k进制2位数,不需要限制条件)

设c*u-1=d*v那么b*v=d(d*v+2)

所以v|2*d


现在问题化为,求正整数u,v,c,d,g,使得c*u=d*v+1且2*d=v*g且c*c*(g+d*d)<u*v

这样的五元组和方程he*he=she的解是一一对应的

u*v进制,he=c*c*u*u,s=c*c*(g+d*d),很明显这样的he和she是满足he*he=she的,而上面的整个过程也说明了,he和s只能对应上述五元组,所以是一一对应的。


像这样的解有很多很多,最小的解是6进制下13*13=213,对应c=d=g=1,u=3,v=2

如果取g=1,那么c*u=2*d*d+1,v=2*d,不等式c*c*(g+d*d)<u*v恒成立

对于任意的d,都可以找到合适的c,u,v满足条件

比如c=1,u=2*d*d+1,v=2*d

所以对于任意d,取u=2*d*d+1,v=2*d,he=u*u,s=d*d+1,都有:

在u*v进制下he*he=she,这就得到了无穷个解,当然,并不是所有的解。

比如,d=1,6进制下13*13=213

d=2,36进制下29*29=529

d=1和d=2是仅有的不需要借助字母就可以表达的情况

实际上,h=d,e=u=2*d*d+1,s=d*d+1

这就是标题所说的无穷个解的通项公式,但是并不是所有解的通项公式。