Sirius 发表于 2016-11-2 14:20:21

一道有趣的数论题目

已知x,y,z均为正整数,且x/y+y/z+z/x为整数,证明xyz三个数的乘积为立方数。

hujunhua 发表于 2016-11-2 16:20:30

直接用因子分析就行了吧。
由于齐次,不妨令Gcd(x,y,z)=1.
设a=Gcd(y,z), b=Gcd(z,x), c=Gcd(x,y),则a,b,c两两互素.
再设x=bcX, y=caY, z=abZ, 则X, Y, Z两两互素,并且Gcd(a,X)=Gcd(b,Y)=Gcd(c,Z)=1.
于是x/y+y/z+z/x=bX/aY+cY/bZ+aZ/cX, 右边三项全是既约分数.
设m=x/y+y/z+z/x, 化为整式即
XXbbcZ+aXYYcc+aabYZZ=mabcXYZ
取模aY得aY|cZ, 故a|Z, Y|c
取模bZ得bZ|aX, 故b|X, Z|a
取模cX得cX|bY, 故c|Y, X|b
综上可得 a=Z, b=X, c=Y
于是x=bbc, y=cca, z=aab, xyz=(abc)^3

Sirius 发表于 2016-11-2 17:48:55

非常感谢

hujunhua 发表于 2016-11-2 18:36:01

从2楼的过程来看,x,y,z不拒负数,命题照样成立。方程最后化成了\倒是挺有趣的一个丢番图方程。若能求出通解来,或可用来证明n=3的费马大定理。

hujunhua 发表于 2016-11-14 20:24:47

方程\有 4 个平凡解(±1,±1,±1), 两种部分解, 一是 `x+y+z=0` 者,二是`\{1, -1, z\}`。
在`1\le|x|<|y|<|z|\le100`范围内,除上述三者外,还有以下特解
{ 1,   2,    3},        { 1,    2,    9},        {   1,   3,14},        {   1,    5,    9},        {   1,   5,14},
{ 1,   14,45},        { 1,14,61},        {   1,   35,54},        {   2,    3,    7},        {   2,   7,13},
{ 2,   7,27},        { 2,    9,67},        {   2,   13,21},        {   2,13,63},        {   2,   21,31},
{ 2,   27,97},        { 2,31,43},        {   2,   43,57},        {   2,57,73},        {   2,   73,91},
{ 3,   7,74},        { 5,    7,18},        {   5,   7,78},        {   5,    9,61},        {   5,   18,37},
{ 9,   13,38},        { 9,13,77},        {   9,   38,91},        { 13,42,95},        {-1,   -2,    9},
{-1,   -3,    7},        {-1,   -3,28},        {-1,   -4,13},        {-1,   -4,65},        {-1,   -5,21},
{-1,   -6,31},        {-1,   -7,43},        {-1,   -7,86},        {-1,   -8,57},        {-1,   -9,73},
{-1, -10,91},        {-1, -19,49},        {-1, -26,81},        {-1, -27,37},        {-1, -31,56},
{-1, -31,98},        {-1, -36,97},        {-2,   -3,35},        {-2,   -7,39},        {-2, -13,45},
{-3,   -4,91},        {-3,   -5,38},        {-4,   -9,61},        {-5,   -7,52},        {-7,   -8,95},
{-7,   -9,67},        {-9, -31,70},        {-13, -14,61},        {-14, -19,97},        {-19, -21,52}
{-1,    2,   -7},        {-1,    3, -26},        {-1,    4,   -7},        {-1,    4, -63},        {-1,    7, -19},
{-1,    7, -38},        {-1,    9, -14},        {-1,    9, -26},        {-1,    9, -56},        {-1,13, -36},
{-1,16, -63},        {-1,19, -27},        {-1,26, -95},        {-2,    3, -19},        {-2,    5, -13},
{-3,    4, -37},        {-3,    7, -79},        {-4,    5, -61},        {-4,    7, -31},        {-5,    6, -91},
{-5,    8, -43},        {-6,19, -91},        {-7,10, -73},        {-7,37, -78},        {-8,11, -91}
{ 1,   -2,   -7},        { 1,   -3, -13},        {   1,- 4,   -9},        {   1,   -4, -21},        {   1,   -5, -31},
{ 1,   -6, -43},        { 1,   -7,   -9},        {   1,   -7, -18},        {   1,   -7, -57},        {   1,   -8, -73},
{ 1,   -9, -13},        { 1,   -9, -28},        {   1,   -9, -52},        {   1,   -9, -91},        {   1, -13, -61},
{ 1, -16, -65},        { 1, -18, -49},        {   1, -28, -81},        {   1, -37, -63},        {   1, -37, -84},
{ 1, -45, -76},        { 2,   -7, -67},        {   3, -13, -14},        {   3, -13, -35},        {   3, -14, -19},
{ 4,   -7,   -9},        { 4,   -7, -93},        {   4,   -9, -19},        {   5, -62, -63},        {   7, -39, -76},
{ 8, -63, -65},        { 9, -49, -74}

hujunhua 发表于 2016-11-15 08:50:33

假定上述方程有一个解`(x_1,y,z)`, 那么`x_1`是关于 `x` 的一个一元三次方程\的一根。
该方程另外两根`x_2,x_3`若是整数,那么`(x_2,y,z),(x_3,y,z)`也是原丢番图方程的解。
上楼列出100以内的解,就是试图从中找到具有这种衍生关系的三个解,并进一步看看这种衍生关系能生成多大一棵三叉树。
俺粗粗目测了一下,还没发现一组,或许应该编个程序搜索一下。编程非我所长,这个搜索程序得费点心思了。
由于`x_1+x_2+x_3=0`, 所以俺在目测时也没忘了从 (-x,-y,-z)中扒拉:) ,并且也没漏了那两种部分解。

Sirius 发表于 2017-5-7 13:15:06

不知命题推广是否都成立,
已知a1,a2,a3,....an均为正整数,且a1/a2+a2/a3+a3/a4......an/a1为整数,证明a1a2a3....an这n个数的乘积为n次方数。
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