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Encontrar todas las soluciones integrales para el Diophantine Ecuaciones $x^4 - x^2y^2 + y^4 = z^2$$x^4 + x^2y^2 + y^4 = z^2$.

Encontrar todas las soluciones integrales para el Diophantine Ecuaciones $$x^4 - x^2y^2 + y^4 = z^2$$ and $$x^4 + x^2y^2 + y^4 = z^2$$

Básicamente yo creo que para resolver estas ecuaciones tenemos que utilizar el hecho de que todos Pitágoras Trillizos son como $(k \cdot 2mn, k \cdot (m^2 - n^2), k \cdot (m^2 + n^2))$. Las ecuaciones anteriores se pueden modificar un poco para que todos los términos cuadrados perfectos. Entonces la primera ecuación sería $$(x^2 - y^2)^2 + (xy)^2 = z^2$$ and the second one would be $$z^2 + (xy)^2 = (x^2 + y^2)^2$$

No he encontrado ningún otro indicio. Por favor me ayudan a continuar.

Gracias.

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Noam D. Elkies Puntos 17729

[Editado para añadir las citas de Euler y otros de Dickson]

Cada una de las $E_\pm: x^4 \pm x^2 y^2 + y^4 = z^2$ es una curva elíptica. Resulta que, en cada caso, una de Fermat-el estilo de la "descendencia" es suficiente para encontrar todas las soluciones; en la práctica, estos días estas preguntas se resuelven mediante la reducción de la curva a su forma estándar y a continuación, el uso de software como J. Cremona mwrank, o la consulta de las tablas de la curva elíptica si la curva es lo suficientemente simple como para estar en las mesas de $-$ como es el caso aquí donde Tingley "Amberes" tablas contienen ya ambas curvas. Las soluciones se $(x,y,z) = (t,0,\pm t^2)$ y, para $E_-$, también se $(x,y,z) = (t,\pm t, \pm t^2)$.

Una forma fácil de mapa de $x^4 \pm x^2 y^2 + y^4 = z^2$ a un curva elíptica en "forma de Weierstrass" es dejar que $t = x/y$ (asumiendo $y \neq 0$, pero si $y=0$, entonces es fácil), de modo que $t^4 \pm t^2 + 1$ es un cuadrado, y luego deje $X = t^2$, por lo que $X^3 \pm X^2 + X = Y^2$. La curva es entonces, en el extendido de Weierstrass formulario $$ Y^2 + a_1 X Y + a_3 Y = X^3 + a_2 X^2 + a_4 X + a_6 $$ con $(a_1, a_2, a_3, a_4, a_6) = (0,\pm1,0,1,0)$. [Estas curvas de $Y^2 = X^3 \pm X^2 + X$ son no isomorfos con $E_\pm$, pero son "2-isogenous", que es lo suficientemente bueno para nuestros propósitos, y, en cualquier caso, el "descenso" enfoque requiere la solución de $Y^2 = X^3 \pm X^2 + X$ así.] Ahora podemos buscar estos coeficientes en las tablas, o entrar en mwrank y gp, para encontrar que para ambas opciones de $\pm$ hay un número finito de soluciones racionales, con $X=0$ (a $E_-$)$X=1$. Por lo tanto las únicas soluciones con $xy=0$ son los con $x=\pm y$$E_-$, etc.

[Añade más adelante: ya que esta es una pregunta natural que es manejable pero no trivial, no es de extrañar que se ha preguntado y respondido antes. De hecho Dickson de la Historia de la Teoría de los Números, Vol. IIdedica varias páginas a tales ecuaciones (Capítulo XXII, comenzando en la página 634), comenzando con el de Euler de trabajo en $x^4+kx^2y^2+y^4=\Box$. El presente la pregunta se refiere a los casos $k=\pm 1$, llama $E_\pm$ por encima. El resultado en $E_-$ se ha dicho en Euler Álgebra(1770), pero sin la prueba, que fue el primero que se suministra en la década de 1800. Como para $E_+$, "R. Adrian$^{112}$ probado por el descenso que $x^4+x^2y^2+y^4 \neq \Box$", presumiblemente excluyendo el trivial $xy=0$; nota de pie de página 112 se refiere a Las Matemáticas. Diario, Nueva York, 1 De 1825, 147-150, con citas de trabajo posterior por Genocchi (1855; en él había un uso posterior elíptica de la curva de el descenso a probar de Fermat para el exponente 7) y Pocklington (1914, pero todavía hace más de un siglo).]

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Ataulfo Puntos 3108

COMENTARIO.- Me siento pero no tengo ninguna prueba de que no son sólo las soluciones triviales $(x,y,z)= (t,0,t^2),(0,t,t^2)$. Doy aquí un esbozo de lo que podría dar lugar a una prueba. $$x^4-x^2y^2+y^4=z^2\iff (x^2-y^2)^2+x^2y^2=z^2\qquad (1)$ $ , Por tanto, como es bien sabido, $$\begin{cases}x^2-y^2=t^2-s^2\\xy=2ts\\z=t^2+s^2\end{cases}\qquad (2)$$ De ello se desprende, en particular,$$x^2+s^2=t^2+y^2\qquad (3)$$ The general solution of $(3)$, lo que probablemente como para Pithagorean triples viene de una identidad fácilmente verificado, está dada por $$\begin{cases}2x=aX+bY\\2s=aY-bX\\2t=aX-bY\\2y=aY+bX\end{cases}\qquad (4)$$ donde $a,b$ son enteros arbitrarios y $X,Y$ dos parámetros.

En cualquier caso, debido a $(3)$, $x$ y $y$ debe tener la forma, dado por $(4)$, para ciertos valores enteros $a,b,X,Y$. Sin embargo, para el uso de los parámetros $t$ $s$ necesitamos además para adaptarse a nuestros valores con la restricción $xy=2ts$ por lo que obtener la condición de $$(aX+bY)(aY+bX)=2(aX-bY)(aY-bX)\iff 3ab(X^2+Y^2)=(a^2+b^2)XY$$ De ello se desprende $$\left(\frac XY\right)^2-\left(\frac{a^2+b^2}{3ab}\right)\left(\frac XY\right)+1=0$$ Por lo tanto $$ \frac{6abX}{Y}= a^2+b^2\pm \sqrt{ (a^2+b^2)^2-(6ab)^2}$$ so the equation $$(a^2+b^2)^2-(6ab)^2=c^2\iff (a^2+b^2+6ab)(a^2+b^2-6ab)=c^2$$

Podría ser útil quizá para alguien. Me detengo aquí el comentario.

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Yuri Negometyanov Puntos 593

SUGERENCIA#1

Si $$(x^2+xy+y^2)(x^2-xy+y^2)=z^2,\quad\gcd((x^2+xy+y^2,x^2-xy+y^2)=1,$$ entonces $$ \begin{cases} x^2+xy+y^2=u^2\\ x^2-xy+y^2=v^2\\ z=uv. \end{casos} $$ $$ \begin{cases} (u+x+y)(u-x-y)=xy,\\ (x-y+v)(x-y-v)=xy,\\ z=uv. \end{casos} $$ A continuación, utilice el hecho de que la ecuación $$mn=pq$$ tiene soluciones $$m=ac,\quad n=bd,\quad p=ad,\quad q=bc.$$

Más detallada (añadido posterior)

Vamos $$\gcd(x,y) = m,\quad x=mX,\quad y=mY,\quad z=m^2Z,$$ entonces $$X^4+X^2Y^2+Y^2=Z^2,\quad\gcd(X,Y)=1.$$ $$(X^2-XY+Y^2)(X^2+XY++Y^2)=Z^2,\quad \gcd(X,Y)=1, \quad(X^2-XY+Y^2,X^2+XY+Y^2)=1\text{ (show that!)}.$$

SUGERENCIA#2

Si $$3(xy)^2+z^2=(x^2+y^2)^2,$$ entonces $$ \begin{cases} xy=2m-1,\\ z=\dfrac{3x^2y^2-1}2,\\ x^2+y^2=\dfrac{3x^2y^2+1}2. \end{casos} $$ Así $$(xy+1)(3xy+1)=2(x+y)^2.$$ A continuación, puede utilizar el hecho de que la ecuación $$mn=p^2$$ tiene soluciones $$m=a^2c,\quad n=b^2c,\quad p=abc,$$ para $$m\in\left\{\dfrac{xy+1}2,xy+1\right\}$$

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