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求使 y=sqrt(x+a)+sqrt(x+b) 成立的正整数对 (x,y) 的数量这一类的题如何解? 第1页

  

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正文

综合分析法:

要想 是正整数,那么只能 与 同时为完全平方数, 选取的种类完全决定了正整数对 的数量,反过来也是如此。

设 , ,

也就是说, 的种类数目等于 拆为两约数之积的分解数目。记为

我们规定 ,也就是说出现交换的情况只算一次。

而一个正整数的分解是有限的,于是通过列出不同的约数组合,得到线性方程组:

解得

这就需要 与 奇偶性相同,于是对于 一奇一偶的因数拆分,我们可以直接排除这种情况。

而对于一般情况,设 的质因数分解式为

  • 时,也就是说 为奇数,将其随意折分为两个因数之积皆满足题意 ,那么符合题意的分解数为 ,这是因为反比例函数 关于直线 对称, 与 只算一次;
  • 时,无解;
  • 为奇数时,我们分两步完成,第一步先对 进行分配,分配数为 (道理同上分析);第二步,再对奇因子进行分配,分配数为 ,由分步计数原理,符合题意的折分数为 ,我们发现这个公式是包含第二种情况的;
  • 为偶数时,考虑到 与 的对称性, 与 互换导致重复计数一次,所以这种情况需要单独拿出来考虑。所以符合题意的分解数为

综上,

其中,

例 1

解:由上面的定义 , ,其中 ,算得共有整数解:

事实上,当

也即是当

例 2

解: , ,其中 ,算得共有整数解:

之所以举这个例子,是想体现 为 (偶数情况)时,上面公式的前一项为

事实上 可取值

取值范围

对于 的取值范围,我给出一个很粗略的界,方便程序跑循环

我将 和 全都放大为 ;至于下界,

综上,

       #约数列表 dlist<-function(n) {     ans=c()     for(j in 1:n)     {         if((n%%j)==0){ans=c(ans,j)}     }     ans }  #求因子p的指数 index<-function(n,p) {     r=n;m=log(n,p)     if(m%%1==0)return(m)     for(j in 0:m)     {         if(r%%p!=0)return(j)         r=r/p     }     return(j) }  #非负取整函数 pf<-function(x) {     if(x>0){y=floor(x)}else{y=0}     y }  #方程y=sqrt(x+a)+sqrt(x+b)整数解个数(理论计算) Key<-function(a,b) {     K=abs(a-b)      alpha=index(K,2)      L=K/2^alpha     dL=length(dlist(L))      if(alpha%%2==0)     {         ans=pf(alpha/2-1)*dL+floor(dL/2)     }else{         ans=floor(alpha/2)*floor(dL)          }     ans }  fx<-function(a,b,x) {     y=sqrt(x+a)+sqrt(x+b)     y }  #方程y=sqrt(x+a)+sqrt(x+b)整数解个数(数值验证) key<-function(a,b) {     K=abs(a-b);m=min(a,b)     for(j in -m:(K^2-m))     {         if(fx(a,b,j)%%1==0)print(j)     } }     

利用程序可以进行数值验证。

附赠

如何快速求一个正整数 的约数(已知质因数分解):

这是初等数论里的一个结论,证明利用的是计数原理中的乘法分步原理。




  

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