关于丢番图方程x^2-dy^2=-1

我们知道丢番图方程,其中d是非完全平方正整数,那么此方程就是Pell方程,到目前为止对于它的最优求解方

 

法就是经典的连分数问题。可以看这里:http://blog.csdn.net/acdreamers/article/details/8529686

 

那么对于上述的Pell方程来说,它一定是有解的,而现在我们研究另一个丢番图方程:

 

,其中同样要求d是非完全平方正整数,对于这个方程,它就不一定有解了。

 

那么我们来研究如下一个结论:

 

,当并且为素数,那么一定有正整数解。

 

 

下面我们就来简略证明一下这个结论

 

证明:我们知道对于方程一定有正整数解,当然本文讨论中的所有都是非完全平方正整数。

 

假设是方程的最小正整数解,显然一奇一偶,假设

 

那么就得到矛盾,所以只能是

 

那么这样可以知道都是整数,并且都相差1,所以必有一奇一偶,所以

 

 

进一步有:,那么得到:

 

(还有一种情况不符合舍去)。那么就是方程的最小正整数解。我们可以发现这样的做法就是根据

 

方程的最小正整数解来求方程的最小正整数解,最后开个方就行了。

 

 

其实这种方法看起来很麻烦,我们作如下简化:

 

因为求方程的解是用连分数,那么我们也可以直接对方程用连分数求解。这里的还是满足

 

 

那么我们有如下结论:

 

如果,并且,那么方程的解可以这样求:

先把写成连分数的形式,那么我们只需要保存它的第一个循环节的部分,然后把它回带成的形式,那么这里的p和q就

 

是方程的最小正整数解。

  

其实直接套这里的模版即可:http://blog.csdn.net/acdreamers/article/details/9531793

 

 

 

那么,接下我们来看一个同余方程:,其中要求为奇素数,且,求x的最小正整数解。

 

结论:先求丢番图方程:的最小正整数解的值。然后得到,那么此时方程小于p的正整数解就分

 

别是,这两个数中的较小的那个就是上述方程的最小正整数解。

 

 

 

为什么是这样呢?我只作一点简单的描述,这个首先得从二次剩余说起。

 

二次剩余当中最重要的一些定理如下:

 

设m是正整数,若同余式,且,有解,那么a叫做模m的二次剩余,否则a叫做模m的二次非剩余。

欧拉判别条件给出了模为奇素数p有解判断条件:

 

(1)a是模奇素数p的二次剩余的充要条件是:

 

(2)a是模奇素数p的二次非剩余的充要条件是:

 

并且有:当a是模奇素数p的平方剩余时,同余式恰有两个小于p的正整数解。并且这两个解之和为p。

 

所以对于同余方程来说,注意,很明显-1一定是p的二次剩余,所以它有两个解。 

 

然后上面解法的正确性我给出了打表证明:http://paste.ubuntu.com/5998778/

关于丢番图方程x^2-dy^2=-1_第1张图片

可以从结果中看出,第一个数x用连分数和暴力求解都是一样的,解在范围内恰好有两个,而第二个数没有用,因

为这两个解都是通过x得来的,上面的讲解都说了。

 

 

上面介绍的是连分数求方程的最小正整数解,其中且p是素数。

细心的读者会发现,当p很大时还是行不通,因为一是循环节太大,而是可能在求循环节时有数字超过整数范围的。

 

那么下面我将介绍我认为是解决这个问题的最好方法。把下面的n换为-1就是上面的方程了。

 

http://algo.ftiasch.com/tag/number-theory/

 

注意这里是在二次域上做计算的,w不是实数。

 

 

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