Σελίδα 1 από 1

Ελάχιστοι ακέραιοι μιας μορφής

Δημοσιεύτηκε: Κυρ Ιαν 27, 2013 9:52 pm
από socrates
Προσδιορίστε τους δύο μικρότερους φυσικούς αριθμούς της μορφής 7m^2 − 11n^2 όπου m και n φυσικοί αριθμοί.

Re: Ελάχιστοι ακέραιοι μιας μορφής

Δημοσιεύτηκε: Τρί Ιαν 29, 2013 12:51 pm
από Παύλος Μαραγκουδάκης
socrates έγραψε:Προσδιορίστε τους δύο μικρότερους φυσικούς αριθμούς της μορφής 7m^2 − 11n^2 όπου m και n φυσικοί αριθμοί.
Θα αποδείξουμε ότι αν m και n είναι θετικοί ακέραιοι τότε οι δύο μικρότεροι θετικοί ακέραιοι της μορφής 7m^2 − 11n^2 είναι οι 7 και 13.

Είναι x^2\equiv 0,1,2,4\left(\mod7 \right) και x^2\equiv 0,1,3,4,5,9\left(\mod11 \right) για κάθε x\in\mathbb{Z}.

Έστω m,n,k θετικοί ακέραιοι ώστε 7m^2 − 11n^2=k.
Τότε k\equiv 3n^2\left(\mod7 \right) οπότε k\equiv 0,3,5,6\left(\mod 7\right).
Επίσης k\equiv 7m^2\left(\mod 11\right) οπότε k\equiv  0,2,6,7,8,10\left(\mod 11\right).

Άρα k\neq 0,1,2,3,4,5,8,9,11,12

Μια πρώτη πιθανή τιμή είναι το 6.
Η εξίσωση 7x-11y=6 έχει ακέραιες λύσεις \left(11k+4,7k+2 \right),k\in\mathbb{Z}.
Αν m^2=11k+4 και n^2=7k+2 τότε m^2-n^2=4k+2 που είναι αδύνατη στους ακεραίους.

Η επόμενη πιθανή τιμή είναι το 7.
Αν 7m^2 − 11n^2=7 τότε n=7z και έτσι καταλήγουμε στην εξίσωση Pell m^2-77z^2=1 η οποία, καθώς και η αρχική, έχει άπειρες λύσεις.
(Για παράδειγμα, 7\cdot 351^2-11\cdot 280^2=7)

Εξετάζουμε την περίπτωση 7m^2 − 11n^2=10.
Τότε m^2=11k+3 και n^2=7k+1 οπότε m^2-n^2=4k+2 που είναι αδύνατη στους ακεραίους.

Τέλος εφόσον 7\cdot 4^2-11\cdot 3^2=13, το 13 είναι λύση.