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¿Puede $9xy$ dividir $1+x^2+x^3+y^2$?

¿Puede $9xy$ dividir a $1+x^2+x^3+y^2$ para enteros $x,y$? Equivalentemente, ¿existen enteros $x,y,z$ tales que $$ 1 + x^2 + x^3 + y^2 + 9 x y z = 0 \quad ? $$ Esta ecuación surge en la búsqueda de la ecuación cúbica más corta con el décimo problema de Hilbert abierto, ver por ejemplo Sobre la ecuación cúbica abierta más corta

Busqué por $|y|$ hasta 100 millones y por $|x|$ hasta 300 millones, sin encontrar soluciones.

Es fácil ver que $y \equiv 3 \bmod 6$, mientras que $x \equiv 4 \bmod 9$ y no es divisible por $4$.

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Ian Puntos 216

La ecuación es soluble en enteros. Toma, por ejemplo, $$ x = -19578556686240310295378317903565, \\ y = -101658411567714319887, \\ z = 418962851513108789978912616277180591709694. $$

La verificación puede hacerse por sustitución.

Encontré esta solución utilizando las transformaciones descritas por Denis Shatrov en el comentario. Consideramos la ecuación $$ 1 + x^2 + x^3 + y^2 + x y z = 0 \quad\quad (1) $$ y buscamos una solución tal que $z$ sea divisible por $9$. Si partimos de una solución cualquiera $(x_0,y_0,z_0)$, entonces, como observó Denis, $$ (x_1,y_1,z_1)=\left(\frac{y_0^2+1}{x_0}, y_0, -\frac{1+x_0+x_0^3+y_0^2}{x_0y_0}\right) $$ resuelve la ecuación $$ 1 + x + x^3 + y^2 + x y z = 0 \quad\quad (2). $$ Luego $$ (x_2,y_2,z_2)=\left(x_1, \frac{x_1^3+x_1+1}{y_1}, -\frac{1+x_1+x_1^3+y_1^2}{x_1y_1}\right) $$ también es una solución de (2), mientras que $$ (x_3,y_3,z_3)=\left(\frac{y_2^2+1}{x_2}, y_2, -\frac{1+x_2^2+x_2^3+y_2^2}{x_2y_2}\right) $$ es nuevamente una solución de (1).

Haciendo un análisis módulo 9, observé que si $(x_0,y_0,z_0)$ es $(4,0,3)$ módulo $9$, entonces $(x_3,y_3,z_3)$ es $(4,6,0)$ módulo $9$. Una búsqueda sencilla en computadora devolvió la solución $(x_0,y_0,z_0) = (-3965, 1446687, 354)$ a (1) que es $(4,0,3)$ módulo $9$. Entonces el correspondiente $(x_3,y_3,z_3)$ es una solución de (1) con $z$ divisible por (9), por lo tanto $(x_3,y_3,z_3/9)$ es una solución entera de la ecuación original $1 + x^2 + x^3 + y^2 + 9x y z = 0$. Como se mencionó anteriormente, su corrección puede verificarse fácilmente mediante la sustitución directa.

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