manthanein 发表于 2019-1-15 12:22:51

什么情况下不定方程ax+by=c没有非负整数解?

a、b、c均为整数,且gcd(a,b)=1.

hujunhua 发表于 2019-1-19 11:58:53

当c=0时,方程有(0,0)解,所以c≠0. 那么不妨假定c>0. 则方程无非负整数解的必要条件是0<a, 0<b.在此基础上再来讨论充分条件。

为了简化讨论,可以假定gcd(a, c)=gcd(b,c)=1,一般情况不难从此推导。
直线ax+by=c上的相邻整点的间距`\sqrt {a^2+b^2}`应大于直线在第一象限内的长度`\sqrt {(c/a)^2+(c/b)^2}`,由此可得 c<ab。这又是一个必要条件。

mathe 发表于 2019-1-19 13:06:52

c>=ab才保证有解

对于给定的 `a,b,c` 让计算机判断方程 `ax+by=c` 是否有非负整数解还是非常高效的,只是通用的判别式$f(a,b,c)$不一定有
由于$(a,b)=1$,那么对于任意c,必然存在整数$x_c,y_c$使得$ax_c+by_c=c$,这个计算机可以通过辗转相除法计算出来
于是方程的整数解的通解形式为$a(x_c-kb)+b(y_c+ka)=c$
也就是方程存在非负整数解的充分必要条件是存在整数k使得$x_c>=kb,y_c>=-ka$同时成立
也就是要求存在整数k使得$-{y_c}/a<=k<={x_c}/b$,这个就是充分必要条件。
比如方程$7x+13y=25$是否非负解,我们先任意找到一组整数解$7*(-2)+13*3=25$,于是整数解通解形式为$7*(-2-13k)+13*(3+7k)=25$
于是要求$-3/7<=k<=-2/13$,由于不存在满足条件的整数k,所以无非负整数解

只是呼吸 发表于 2019-1-19 15:21:25

a、b、c均为整数,且gcd(a,b)=1.


这个条件过于宽泛,楼主应该自己确定好 \(a、b、c\) 的符号。

hejoseph 发表于 2019-1-23 16:05:30

$a$、$b$、$c$ 都为正整数时,这是二元 Frobenius 问题,结论是 $c\leq ab-a-b$。


也可以就此问题给一个特殊的证明。首先,在2#的基础上,可以进一步确定`a>1,b>1`.
因 `a=1` 时,方程有非负解 `(c, 0)`, 同样 `b=1` 时,方程有非负解 `(0, c)`. 故可排除 `a` 或者 `b=1`.

当 `c=ab-a-b` 时,方程有两个相邻解 `(b-1, -1), (-1, a-1)`, 这两解正好跨越第1象限,故方程无非负解。
剩下只要证明当 `c>ab-a-b` 时,方程有非负解。
即 `r>0` 时方程\有非负解。
证:在`\gcd(a,b)=1`时,方程 `ax+by=r` 存在解 `(0<x_r\le b, -a<y_r)`. 将 `r=ax_r+by_r` 代入上面的方程即\它显然有非负解`(x_r-1,a+y_r-1)`。证毕

gxqcn 发表于 2019-1-24 08:21:55

楼主问题等价于问何时“不定方程 \(ax+by=c+a+b\) 没有正整数解”,将\(c+a+b\)代换为`c`, 根据楼上结论当有`c≤ab`

只是呼吸 发表于 2019-2-2 09:05:22

多年前,我对这个问题是有兴趣的,有自己的心得体会。manthanein给的题目条件可以用“几乎没有”来形容。
我可以这样答:
      当 \(a<0,b<0 ,c>0 \)时,程 \(ax+by=c\)没有非负整数解
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