26 votos

La ec. diofantina $x^4 +y^4 +1=z^2$

Esta pregunta es un duplicado exacto de la pregunta

¿La ecuación $x^4+y^4+1=z^2$ tienen una solución no trivial?

publicado por Tito Piezas III en math.stackexchange.com .

El trasfondo de esta pregunta es el siguiente: Fermat demostró que la ecuación, $$x^4 +y^4=z^2$$
no tiene solución en los números enteros positivos. Si consideramos la casi solución, $$x^4 +y^4-1=z^2$$
entonces esto tiene bastante (de hecho, un infinito, ya que puede ser resuelto por una ecuación de Pell). Pero J. Cullen, mediante una búsqueda exhaustiva, encontró que el otro casi, $$x^4 +y^4 +1=z^2$$
no tiene ninguna con $0 < x,y < 10^6$ .

¿La tercera ecuación realmente no tiene ninguna, o las soluciones son simplemente enormes?

9voto

Linulin Puntos 2317

No he encontrado ninguna solución con $1 \leq y \leq 7.9 \cdot 10^7$ y ninguna restricción sobre $x,z$ en unas 17 horas en 1 núcleo.

Aquí está la búsqueda:

Por varias discusiones y argumentos $\mod {20}$ ambos $x,y$ son divisibles por $10$ .

Reescribir como $$ y^4 + 1 = z^2 - x^4 $$

El RHS es una diferencia de dos cuadrados con la restricción adicional de que el segundo cuadrado debe ser la cuarta potencia, por lo que el algoritmo utiliza un único bucle, escriba $(10y_1)^4+1$ como diferencia de dos cuadrados (de todas las formas posibles) y comprueba la cuarta potencia.

4voto

TFk Puntos 43

Esto no es una respuesta, sino un argumento probabilístico (es decir, heurístico) demasiado largo para un comentario.

Quiero argumentar que la ecuación $x^4+y^4+1=z^2$ es probable que tenga soluciones no triviales y que el hecho de que no haya ninguna con $y<10^8$ no es precisamente una buena prueba de falta de soluciones. En primer lugar, mirando módulo 4 y 5 observamos que $x, y$ deben ser ambas divisibles por 10. Obsérvese también que módulo a otros primos no parece haber ningún obstáculo inusual, es decir, aproximadamente la mitad de los valores de $\{x^4+y^4+1; x, y \in \mathbb{Z}/p\mathbb{Z}\}$ son residuos cuadráticos módulo $p$ .

Entonces escribimos nuestra ecuación como $10^4(x^4+y^4)+1=z^2$ . Un número aleatorio de orden $n$ tiene una probabilidad aproximada de $\tfrac{1}{2\sqrt{n}}$ de ser un cuadrado pero aquí sabemos que es un cuadrado módulo $10^4$ por lo que la probabilidad condicional es aproximadamente $4/\sqrt{n}$ . Así que para fijo $y$ el número previsto de $x$ lo que haría que $10^4(x^4+y^4)+1$ un cuadrado perfecto es aproximadamente $$ \sum_{x=1}^\infty \frac{1}{25\sqrt{x^4+y^4}}\sim \frac{2}{27y}, $$ la última comparación es asintótica para grandes $y$ (por supuesto, la constante exacta no es $2/27$ ), pero el valor de la suma es algo menor para valores pequeños de $y$ .

La suma $\sum_{y=1}^\infty \frac{2}{27y}$ diverge (lo que sugiere que hay infinitas soluciones) pero si se suma sólo sobre $y\leq 10^8$ la suma sigue siendo sólo aproximadamente $1.4$

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X