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楼主: wayne

[讨论] 解丢番图方程x^2+y^2+z^2=3xyz

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发表于 2013-2-22 19:09:04 | 显示全部楼层
  1. f[x_] := {{x[[1]], x[[3]], 3 x[[1]] x[[3]] - x[[2]]}, {x[[2]], x[[3]],3 x[[2]] x[[3]] - x[[1]]}};
  2. g[x_] := Flatten[f /@ x, 1];
  3. h[x_] := Select[g[x], #[[3]] < 10^10 &]
  4. Answer = NestWhileList[h, {{1, 2, 5}}, Length[#] > 0 &];
  5. Flatten[Answer, 1]
  6. (Flatten[Answer, 1] // Length) + 2
复制代码
  1. {{1, 2, 5}, {1, 5, 13}, {2, 5, 29}, {1, 13, 34}, {5, 13, 194}, {2, 29,169}, {5, 29, 433}, {1, 34, 89}, {13, 34, 1325}, {5, 194, 2897}, {13, 194, 7561}, {2, 169, 985},{29,169,14701}, {5, 433, 6466}, {29, 433, 37666}, {1, 89, 233}, {34, 89, 9077}, {13, 1325, 51641}, {34, 1325, 135137}, {5, 2897, 43261}, {194, 2897, 1686049},{13,7561,294685}, {194, 7561, 4400489}, {2, 985, 5741}, {169, 985, 499393}, {29, 14701, 1278818}, {169, 14701, 7453378}, {5, 6466, 96557}, {433, 6466, 8399329}, {29, 37666, 3276509}, {433, 37666, 48928105}, {1, 233, 610}, {89, 233, 62210}, {34, 9077, 925765}, {89, 9077, 2423525}, {13, 51641, 2012674}, {1325,51641,205272962}, {34, 135137, 13782649}, {1325, 135137, 537169541}, {5, 43261, 646018}, {2897, 43261, 375981346}, {194, 1686049, 981277621}, {13,294685, 11485154}, {7561, 294685, 6684339842}, {194, 4400489,2561077037}, {2, 5741, 33461}, {985, 5741, 16964653}, {169, 499393, 253191266}, {985,499393, 1475706146}, {29, 1278818, 111242465}, {169, 7453378, 3778847945}, {5, 96557, 1441889}, {6466,96557, 1873012681}, {29, 3276509, 285018617}, {1,610, 1597}, {233,610, 426389}, {89, 62210, 16609837}, {233, 62210, 43484701}, {34,925765, 94418953}, {89, 2423525, 647072098}, {13, 2012674, 78442645}, {34,13782649, 1405695061}, {5, 646018, 9647009}, {13,11485154, 447626321}, {2, 33461, 195025}, {5741, 33461,576298801}, {29, 111242465, 9676815637}, {5,1441889, 21531778}, {1,1597, 4181}, {610, 1597, 2922509}, {233, 426389, 298045301}, {610,426389, 780291637}, {89, 16609837, 4434764269}, {34,94418953,9629807441}, {13, 78442645, 3057250481}, {5, 9647009,144059117}, {2, 195025, 1136689}, {5, 21531778, 321534781}, {1, 4181, 10946}, {1597,4181,20031170}, {610, 2922509,5348189873}, {5, 144059117, 2151239746}, {2, 1136689, 6625109}, {5, 321534781, 4801489937}, {1, 10946, 28657}, {4181,10946, 137295677}, {2, 6625109, 38613965}, {1, 28657, 75025}, {10946,28657, 941038565}, {2, 38613965, 225058681}, {1, 75025,196418}, {28657,75025,6449974274}, {2, 225058681, 1311738121}, {1,196418, 514229}, {2, 1311738121, 7645370045}, {1, 514229,1346269}, {1, 1346269, 3524578}, {1,3524578, 9227465}, {1, 9227465,24157817}, {1, 24157817, 63245986}, {1, 63245986, 165580141}, {1, 165580141, 433494437}, {1, 433494437, 1134903170}, {1,1134903170, 2971215073}, {1, 2971215073, 7778742049}}
  2. 107
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10^10以内的解除{1,1,1}和{1,1,2}外都在此处了,共计107个。
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发表于 2013-2-22 19:36:36 | 显示全部楼层
由于对称性,可以定义满足方程的 x 的递增序列,它将包含方程的解集{{x,y,z}}中的所有数值。这个序列称为马尔科夫数(Markov numbers),见A002559: {1, 2, 5, 13, 29, 34, 89, 169, 194, 233, 433, 610, 985, 1325, 1597, 2897, 4181, 5741, 6466, 7561, 9077,...}

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发表于 2013-2-22 19:48:40 | 显示全部楼层
http://en.wikipedia.org/wiki/Markov_number 对于这类不定方程最有趣的是如何构造递推解 例:$x^2+y^2+z^2+u^2=4*x*y*z*u$ 的递推解如何?
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发表于 2013-2-22 23:41:33 | 显示全部楼层
Mathematica里面取下标[[]]看着有点碍眼,我更喜欢用
  1. f[n_] := Block[{x, y, z}, {x, y, z} = n; {{x, z, 3 x z - y}, {y, z, 3 y z - x}}];
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 楼主| 发表于 2013-2-22 23:49:46 | 显示全部楼层
24# chyanog 最好对n做一下模式判定
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 楼主| 发表于 2013-2-23 13:51:52 | 显示全部楼层
23# 数学星空 根据mathe的分析,我们可以这么递推, 如果存在解 {x,y,z,t},x<=y<=z<=t , 那么,那么必然同时存在解 {x,y,z,4xyz-t} 从{1,1,1,1},我们可以推出 {1,1,1,3} 从{1,1,1,3},我们推出{1,1,3,11} 从{1,1,3,11},我们推出{1, 3, 11, 131},{1, 1, 11, 41} ...... 继续同理,我们可以找到数列:http://oeis.org/A075276 不过该数列貌似第16项开始就不对了,应该是29681。 {1, 3, 11, 41, 131, 153, 571, 1561, 1803, 2131, 5761, 7953, 17291, \ 18601, 25091, 29681, 79291, 110771, 221651, 253353, 295681, 349451, \ 413403, 817961, 2282281, 2453891, 2641211, 3018753, 3252611, 3487001, \ 4114771, 4867203}
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 楼主| 发表于 2013-2-23 14:15:52 | 显示全部楼层
21# hujunhua 我也写了程序:
  1. Union@Flatten[
  2. NestList[Union@Sort@Flatten[Table[Union[
  3. Map[Sort, {x, y, z, 4 x y z - t} /. Thread[Rule[{x, y, z, t}, #]] & /@
  4. NestList[RotateLeft, ii, 4]]], {ii, #}], 1] &, {{1, 1, 1, 1}}, 5], 1]
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  1. 1 1 1 1
  2. 1 1 1 3
  3. 1 1 3 11
  4. 1 1 11 41
  5. 1 1 41 153
  6. 1 1 153 571
  7. 1 1 571 2131
  8. 1 3 11 131
  9. 1 3 131 1561
  10. 1 3 1561 18601
  11. 1 3 18601 221651
  12. 1 11 41 1803
  13. 1 11 131 5761
  14. 1 11 1803 79291
  15. 1 11 5761 253353
  16. 1 11 79291 3487001
  17. 1 11 253353 11141771
  18. 1 41 153 25091
  19. 1 41 1803 295681
  20. 1 41 25091 4114771
  21. 1 41 295681 48489881
  22. 1 131 1561 817961
  23. 1 131 5761 3018753
  24. 1 131 817961 428610003
  25. 1 131 3018753 1581820811
  26. 1 153 571 349451
  27. 1 153 25091 15355651
  28. 1 1561 18601 116144641
  29. 1 1561 817961 5107348353
  30. 1 1803 79291 571846681
  31. 1 1803 295681 2132451331
  32. 1 5761 253353 5838266521
  33. 1 5761 3018753 69564144001
  34. 3 11 131 17291
  35. 3 11 17291 2282281
  36. 3 11 2282281 301243801
  37. 3 131 1561 2453891
  38. 3 131 17291 27181441
  39. 3 131 2453891 3857515091
  40. 3 131 27181441 42729207961
  41. 3 1561 18601 348433931
  42. 3 1561 2453891 45966286081
  43. 3 17291 2282281 473555049241
  44. 3 17291 27181441 5639931555841
  45. 11 41 1803 3252611
  46. 11 41 3252611 5867708441
  47. 11 131 5761 33206403
  48. 11 131 17291 99665321
  49. 11 131 33206403 191401701131
  50. 11 131 99665321 574470892953
  51. 11 1803 79291 6290313611
  52. 11 1803 3252611 258036135811
  53. 11 5761 253353 64220931851
  54. 11 5761 33206403 8417291857921
复制代码
解的个数呈指数膨胀,迭代10次,得到4927组

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数学星空 + 6 + 3 + 3 呵呵!辛苦了……

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发表于 2013-2-23 18:55:55 | 显示全部楼层
23# 数学星空 根据mathe的分析,我们可以这么递推, 如果存在解 {x,y,z,t},x wayne 发表于 2013-2-23 13:51
这样无法保证得到所有的解。无穷递降后不一定必然可以变换到全1,我们需要穷举一定范围内的解
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 楼主| 发表于 2013-2-23 19:10:35 | 显示全部楼层
28# mathe 恩,是的
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发表于 2013-2-23 19:17:21 | 显示全部楼层
为了找到所有解,我们先查看一般有两个正根的二次方程 $x^2-bx+c=0$以及两根$x_1<=x_2$,于是$x_1(x_1+x_2)<=2x_1x_2$,得出$x_1<={2c}/b$
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