二元三次不定方程ax3+by2=n整数解的初等解法

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  形如ax3+by2=n(a,b,n,x,|y|∈N)(1)的二元三次不定方程,迄今为止,还没有它的一般解法,本文将给出这类不定方程的初等解法.
  我们约定,把正整数集合记作N.
  定理 解方程(1),把满足x≤3n-ba(2)的x值代入|y|=n-ax3b(3)中,当 n-ax3b∈N时,则得方程(1)的两组整数解(x0,y0),(x0,-y0).
  证明 由(1),得|y|=n-ax3b.当 n-ax3b∈N时,推得n-ax3b≥1,n-ax3≥b,x3≤n-ba,x≤3n-ba,[x]=x,x≤3n-ba,可知x为不超过 3n-ba的正整数,把这样的x值代入(3)中,有某个x0值,使 n-ax30b=y0∈N,则得方程组(1)的两组整数解(x0,y0),(x0,-y0).
  例1 解不定方程3x3+4y2=124.
  解 a=3,b=4,n=124,x≤3n-ba=3124-43=[340]=[3.42]=3,x=1,2,3.
  当x=3时,代入(3),|y|=124-3×334=434N;
  当x=2时,代入(3),|y|=124-3×234=5∈N,得两组解(2,5),(2,-5);
  当x=1时,代入(3),|y|=124-3×134=112N.
  故原方程只有两组整数解(2,5),(2,-5).
  例2 解不定方程3x3+y2=84.2.
  解 原方程化为15x3+5y2=421,a=15,b=5,n=421,
  x≤3n-ba=3421-515=[327.73]=[3.027]=3,x=1,2,3.
  当x=3时,代入(3),|y|=n-ax3b=421-15×335=165=4∈N,得两组解(3,4),(3,-4);
  当x=1,2时,经验证|y|=n-ax3bN.
  故原方程只有两组整数解(3,4),(3,-4).
  例3 解方程4x3+7y2=7087.
  解 a=4,b=7,n=7087.
  x≤37087-74=[12.10]=12,x=1,2,3,…,12.
  当x=12时,|y|=n-ax3b=7087-4×1237=5∈N,得原方程的两组解(12,5),(12,-5);
  当x=10时,|y|=n-ax3b=7087-4×1037=441=21∈N,又得两组解(10,21),(10,-21);
  当x=1,2,3,…,11时,都有|y|=n-ax3b=7087-4×x37N.
  故原方程有四组整数解(12,5),(12,-5),(10,21),(10,-21).
  推论 满足不等式x≤3n-ba的所有x值,使n-ax3bN,则方程(1)没有整数解.
  例4 解不定方程5x3+6y2=328.
  解 a=5,b=6,n=328,
  x≤3n-ba=3328-66=[364.4]=[4.01]=4,x=1,2,3,4.
  当x=4时,代入(3),|y|=n-ax3b=328-5×436=86N;
  当x=3时,代入(3),|y|=n-ax3b=328-5×336=1936N;
  当x=2时,代入(3),|y|=n-ax3b=328-5×236=48N;
  当x=1时,代入(3),|y|=n-ax3b=328-5×136=3236N.
  故原方程没有整数解.
  解不定方程(1)的思想方法,是把x圈在某一个正整数范围内,即x∈{1,2,…,3n-ba},取x值,一般从大到小,把x值代入原方程,便可求出y来,当求得y0=n-ax30b∈N,便找到了方程(1)的两组整数解(x0,y0),(x0,-y0),其解并不唯一.这里需要用到计算器,求立方根、平方根,计算有限个y值.尽管计算麻烦些,总比没有办法求解好.
  【参考文献】
  [1]华罗庚.数论导引.北京:科学出版社,1978.
  [2]柯召,孙琦.谈谈不定方程.上海:上海教育出版社,1980.
  [3]陈景润.初等数论(1).北京:科学出版社,1978.
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