Pell方程初识以及技巧性的求解Pell方程整数解(附带手推详细证明)

什么是Pell方程

形如:
x 2 − N y 2 = 1 ( n ∈ Z , n ≠ 0 ) x^2-Ny^2=1(n\in \mathbb{Z},n\not= 0) x2Ny2=1(nZ,n=0)
且N为奇非平方数

可以用平方差公式改写为:
( x + N y ) ( x − N y ) = 1 (x+\sqrt{N}y)(x-\sqrt{N}y)=1 (x+N y)(xN y)=1

如何技巧性的求解佩尔方程整数解

先了解一个定义和一个定理

定义:

设 r , s 为 整 数 , 并 且 满 足 r 2 − N s 2 = T ( 其 中 N 为 非 平 方 数 ) , 则 称 α = r − s N 给 出 x 2 − N y 2 = T 的 解 设r,s为整数,并且满足r^2-Ns^2=T(其中N为非平方数),则称\alpha = r-s\sqrt N给出x^2-Ny^2 =T的解 r,sr2Ns2=T(N),α=rsN x2Ny2=T

定理:

设 α = x 1 − y 1 N , β = x 2 − y 2 N 给 出 方 程 x 2 − N y 2 的 解 , 则 α β = A − B N 给 出 方 程 x 2 − N y 2 = T 2 的 解 . 其 中 A = x 1 x 2 + N y 1 y 2 , B = x 1 y 2 + x 2 y 1 设\alpha=x_1-y_1\sqrt N,\beta=x_2-y_2\sqrt N给出方程x^2-Ny^2的解,则\alpha\beta=A-B\sqrt N给出方程x^2-Ny^2=T^2的解.其中A=x_1x_2+Ny_1y_2,B=x_1y_2+x_2y_1 α=x1y1N ,β=x2y2N x2Ny2αβ=ABN x2Ny2=T2.A=x1x2+Ny1y2,B=x1y2+x2y1

手推详细证明:

(论文中比较跳跃,直接看的话可能要看一会,所以自己手推了一遍,有助于记忆)

image-20220311013756741

则可以推广到:

若 α = x 1 − y 1 N 给 出 方 程 x 2 − N y 2 = T 的 解 若\alpha=x_1-y_1\sqrt N给出方程x^2-Ny^2 =T的解 α=x1y1N x2Ny2=T

则:

α n = x n − y n N 给 出 方 程 x 2 − N y 2 = T n 的 解 \alpha^n=x_n-y_n\sqrt N给出方程x^2-Ny^2 =T^n的解 αn=xnynN x2Ny2=Tn

举个例子:

解 方 程 x 2 − 10 y 2 = 1 解方程x^2-10y^2=1 x210y2=1

很明显,3x3与10相差-1,根据推论可得

α = 3 − 10 给 出 了 x 2 − 10 y 2 = − 1 的 解 , 则 根 据 α n 这 一 条 性 质 , n = 2 即 可 得 出 , α 2 = ( 3 − 10 ) 2 = 19 − 6 10 给 出 了 方 程 x 2 − 10 y 2 = 1 的 解 \alpha=3-\sqrt {10}给出了x^2-10y^2=-1的解,则根据\alpha^n这一条性质,n=2即可得出,\alpha^2={(3-\sqrt{10})}^2=19-6\sqrt{10}给出了方程x^2-10y^2=1的解 α=310 x210y2=1αnn=2,α2=(310 )2=19610 x210y2=1

参考文章:https://blog.youkuaiyun.com/liangzhaoyang1/article/details/53145994

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