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Cómo encontrar soluciones a $2 x^2 +3 x +1 = y^2$ con números enteros para $x,y$

Estoy tratando de resolver una ecuación con números enteros para dar un número cuadrado.

$$2 x^2 + 3 x +1 = y^2$$

mientras que también la satisfacción de $x=k^2 * n$ donde $n$ es un muy gran número entero dado a nosotros y $k$ puede ser cualquier número entero elegido para formar una solución. El $y$ puede ser cualquier número entero que se necesitan para formar una solución.

Estoy buscando un método para encontrar soluciones en números enteros solamente.

Soy nuevo en este tipo de ecuación y no puede decir fácil de duro de imposible. Este no es el trabajo de la escuela.

Gracias por tu ayuda.

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Anthony Shaw Puntos 858

Desde $y^2=2x^2+3x+1=(2x+1)(x+1)$$(2x+1,x+1)=1$, debemos tener enteros $p$$q$, de modo que $2x+1=p^2$ $x+1=q^2$ (desde que llegamos $y=pq$).

Por lo tanto, tenemos que resolver $$ 2t^2-p^2=1\etiqueta{1} $$ En la forma estándar para resolver la Ecuación de Pell, $\frac pq$ tiene que ser una continuación de la fracción de subestimación de $\sqrt2$. Computación en la continuación de la fracción de los rendimientos de $\sqrt2=(1;2)$. Por lo tanto, la approximants queremos que sería la subestima, que suceden todos los otros approximant: $$ \begin{align} (1)&=\frac11\Rightarrow x=0\quad\text{and}\quad y=1\\ (1,2,2)&=\frac75\Rightarrow x=24\quad\text{and}\quad y=35\\ (1,2,2,2,2)&=\frac{41}{29}\Rightarrow x=840\quad\text{and}\quad y=1189\\ (1,2,2,2,2,2,2)&=\frac{239}{169}\Rightarrow x=28560\quad\text{and}\quad y=40391 \end{align}\etiqueta{2} $$ Empezamos con $$ (p_0,q_0)=(1,1)\quad\text{y}\quad(p_1,q_1)=(7,5)\etiqueta{3} $$ La continuación de la fracción implica la recurrencia $$ (p_n,q_n)=6(p_{n-1},q_{n-1})-(p_{n-2},q_{n-2})\etiqueta{4} $$ $(3)$ $(4)$ el rendimiento de la solución $$ \begin{align} p_n&=\left({\tfrac12+\tfrac1{\sqrt2}}\right)\left(3+\sqrt8\right)^n +\left(\tfrac12-\tfrac1{\sqrt2}\right)\left(3-\sqrt8\right)^n\\ q_n&=\left(\tfrac12+\tfrac1{\sqrt8}\right)\left(3+\sqrt8\right)^n +\left(\tfrac12-\tfrac1{\sqrt8}\right)\left(3-\sqrt8\right)^n\\ \end{align}\etiqueta{5} $$ Desde $x_n=q_n^2-1$ y $y_n=p_nq_n$, $(5)$ da $$ \begin{align} x_n&=\left(\tfrac38+\tfrac1{\sqrt8}\right)\left(17+6\sqrt8\right)^n +\left(\tfrac38-\tfrac1{\sqrt8}\right)\left(17-6\sqrt8\right)^n -\tfrac34\\ y_n&=\left(\tfrac12+\tfrac3{2\sqrt8}\right)\left(17+6\sqrt8\right)^n +\left(\tfrac12-\tfrac3{2\sqrt8}\right)\left(17-6\sqrt8\right)^n \end{align}\etiqueta{6} $$ que cumplan las recursiones $$ \begin{align} x_n&=35x_{n-1}-35x_{n-2}+x_{n-3}\\ y_n&=34y_{n-1}-y_{n-2} \end{align}\etiqueta{7} $$ Desde $x^2-34x+1\,|\,x^3-35x^2+35x-1$, cualquier secuencia que satisface la recurrencia de $y_n$ satisface la recurrencia de $x_n$. Así, tenemos todas las soluciones a $y^2=2x^2+3x+1$ a partir de $$ (x_0,y_0)=(0,1)\quad(x_1,y_1)=(24,35)\quad(x_2,y_2)=(840,1189)\etiqueta{8} $$ y la recurrencia $$ (x_n,y_n)=35(x_{n-1},y_{n-1})-35(x_{n-2},y_{n-2})+(x_{n-3},y_{n-3})\etiqueta{9} $$


Segunda Condición

Tener $x=nk^2$, mientras que el mantenimiento de $x=q^2-1$, tenemos que tener $$ q^2-nk^2=1\etiqueta{10} $$ Esta es la Ecuación de Pell de nuevo. Sin embargo, estamos limitados a usar $q$ que también satisfacer $(1)$. Por lo tanto, $q$ es una solución simultánea a$(1)$$(10)$. No he venido para arriba con una manera de manejar esto en general.

Una Conjetura uso de Borel-Cantelli

Mirando a $(5)$, la densidad de las soluciones a $(1)$ es de alrededor de $$ \rho(n)=\frac1{n\log(3+\sqrt8)}\etiqueta{11} $$ A pesar de $\sqrt n$ puede tener un complicado continuó fracción, las soluciones a $(10)$ tienen una forma similar a $(5)$. Es decir, la densidad de las soluciones es $O\left(\frac1n\right)$. Por lo tanto, si la probabilidad de que un determinado $q$ a ser una solución a $(1)$ es independiente de la probabilidad de que el mismo $q$ ser una solución a $(10)$, entonces la probabilidad de a $q$ ser una solución para los dos es $O\left(\frac1{n^2}\right)$. Desde $\sum\limits_{n=1}^\infty\frac1{n^2}\lt\infty$, el Borel-Cantelli Lema dice que la probabilidad de que existe un número infinito de soluciones, para un determinado$n$$0$.

Por lo tanto, parece una buena suposición de que puede haber algunas soluciones aisladas, pero para un determinado $n$, hay en la mayoría de un número finito de soluciones.

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Calvin Lin Puntos 33086

Estoy asumiendo que usted quiere que sea un cuadrado perfecto, de lo contrario el problema es trivial.

Observe que la ecuación es $(2x+1)(x+1) = y^2$. Desde $\gcd (2x+1, x+1) = \gcd (x, x+1) = 1 $, por lo tanto necesitamos tanto $x+1$ $2x+1$ a ser cuadrados perfectos.

Por lo tanto, desea $(2x+1) - 2(x+1) = -1$. Esta es la ecuación de Pell de la forma $X^2 - 2Y^2 = -1$, y tiene soluciones $X_k + \sqrt{2}Y_k = ( 7+ 5 \sqrt{2}) ( 3 + 2 \sqrt{2})^k$. Yo le sugiero que busque determinar esta primera lista, y por lo tanto obtener todos los posibles valores de $x$ tal que $2x^2 + 3x +1$ es un cuadrado perfecto. Por ejemplo, tenemos $(X_k, Y_k) = (7, 5), (41, 29), (239, 169), \ldots$ da $x = 24, 840, 28560, \ldots $. [Me olvidé de la 'solución trivial $(1, 1)$ que los rendimientos de $x=0$.]

Ahora, también queremos $x+1 - x = 1$, que es de la forma $X^2 - nY^2 = 1$ (Pell de la ecuación). Mientras esta ecuación siempre tiene soluciones en números enteros, puede ser extremadamente difícil determinar la inicial (no trivial) de la solución. Habiendo hecho eso, generar la lista de posibles $x$, y compararla con la lista anterior.

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Mike Bennett Puntos 1421

Como colofón a la (excelente) respuesta de robjohn y usando la notación dada allí, uno es llevado a resolver el sistema de ecuaciones $$ 2t^2-p^2= p^2-n k^2 =1. $$ Fijo $n$, estos sistemas siempre tienen un número finito de soluciones, a través de un viejo teorema de Siegel (que definir un género $1$ curva, de hecho, una curva elíptica). De hecho, uno puede encontrar un absoluto vinculado a la cantidad de solución de triples $(p,q,k)$, independiente de $n$ (probablemente, si nos restringimos a los enteros positivos, un atado de $2$ es suficiente), en contraste con curvas elípticas en forma de Weierstrass.

Hay un número de métodos para encontrar todas las soluciones, dado $n$, que van desde la escuela primaria a menos (el algoritmo estándar utiliza los límites inferiores para lineal de las formas en logaritmos). Buscar en google "simultáneo de ecuaciones de Pell" es un buen lugar para empezar.

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MadHatter Puntos 44059

Para un n pequeño = 6 tiene la solución x = 24 y = 35.

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