21
Об уравнения
А. Ширшов
К уравнению, указаноному в заглавии, я пришел, рассматривая 14-ю строку треугольника Паскала:
1, 14, 91, 364, 1001, 2002, 3003, 3432, 3003, 2002, 1001, 364, 91, 14, 1.
О треугольнике Паскала рассылается в пунктах 7 и 8 учебного пособия «Алгебра и начала аналiza 9».
Коротко рассакjem о нем тем, кто с ним еще не знаком.
В n-й строке треугольника Паскала на m-m месте стоит число , причем нумерация как строк, так и чисел в каждой строке начинается с нуля (первые 15 строк треугольника Паскала приведены на рисунке).
Для понимания статьи достаточно о числах знать только одно:
(). Из (1) легко выводится
С помощью этого соответствия можно строить треугольник Паскала, не пользоваться формулой (1) (см. рисунок).
В 14-й строке бросается в глаза, что 1001+2002=3003, то есть
Ввиду (2) это равенство можно переписать так:
Равенство (3) показывает, что пара (6, 14) является решением уравнения, указаноного в заглавии.
А какие еще пары чисел являются решением этого уравнения? В статье дается ответ на этот вопрос. Чтобы ответ имел более красивую форму, заменим в нашем уравнения m на y, а n — на x—1. Тогда верна такая теорема. Все решения уравнения имеют вид
Доказательство.
- Воспользовемся формулой (1) и перепишем наше уравнение:
После очевидных преобразований оно приводится к таким виду:
Обозначим через w наиболее общий делитель чисел x и y. Тогда x=uw, y=vw, где u и v взаимно просты. Подставив выражения для x и y в (4), после сокращения на w получим, что
Числа u и v взаимно просты. Поэтому u-v и uv тоже взаимно просты. Взаимно просты и числа w и . Но тогда должны выполнять такие равенства:
*) Для этой последовательности для n > 2.
22
Эта система равnocильна такой системе:
Поэтому решение нашего уравнения совпадается к решению уравнения
в натуральных числах.
- Сделаем три простых замена о решении уравнения (7). Пусть пара является решением уравнения (7). Тогда
a) и взаимно просты;
b) если , то ;
c) ;
d) пары и являются решением уравнения.
Напомним, что и — натуральные числа.
в) вытекает из равенства , получающегося, если (7) рассмотреть как уравнение относительно , а г) можно проверить, подставив соответствующие пары в уравнение (7).
С помощью преобразования
исходя из решения , построим последовательность решений .
ВЫПисанные решения имеют вид
Докажем, что других решений уравнения (7) не имеет. Допустим, что пара является решением уравнения (7). Докажем, что она является одной из пар (8).