求所有的三元正整数数组 (x,y,z)(x,y,z)(x,y,z) , 使得x≤y≤zx\leq y\leq zx≤y≤z , 且
x3(y3+z3)=2012(xyz+2)⋯① x^3(y^3+z^3)=2012(xyz+2) \cdots ①x3(y3+z3)=2012(xyz+2)⋯①
(第53届IMO预选题)
注意到,
2012(xyz+2)=x3(y3+z3)≥x4(y2+z2)≥2x4yz2012(xyz+2)=x^3(y^3+z^3)\geq x^4(y^2+z^2)\geq 2x^4yz2012(xyz+2)=x3(y3+z3)≥x4(y2+z2)≥2x4yz
⇒2012≥xyz(x3−1006)\Rightarrow 2012\geq xyz(x^3-1006)⇒2012≥xyz(x3−1006)
又 x≤y≤zx\leq y\leq zx≤y≤z ,则 x<11x<11x<11 .
对式 ① 两边取模 xxx 得
x∣4024=8×503x | 4024 = 8\times 503x∣4024=8×503
⇒x=1,2,4,8.\Rightarrow x=1,2,4,8.⇒x=1,2,4,8.
若 4∣x4|x4∣x 则式①中 222 的幂次左边大于右边,矛盾.
故 x=1x=1x=1 或 222
令 y+z=sy+z=sy+z=s , z−y=tz-y=tz−y=t.
(1)若 x=2x=2x=2 ,则
y3+z3=503(yz+1)y^3+z^3 = 503(yz+1)y3+z3=503(yz+1)
⇒s(s2+3t2)=503(s2−t2+4)\Rightarrow s(s^2+3t^2)=503(s^2-t^2+4)⇒s(s2+3t2)=503(s2−t2+4)
⇒t2=2012−4s33s+503+s2\Rightarrow t^2=\frac{2012-4s^3}{3s+503}+s^2⇒t2=3s+5032012−4s3+s2
设 3s+503=k3s+503=k3s+503=k .则
k∣[2012×27−4(k−503)3]k|[2012\times 27-4(k-503)^3]k∣[2012×27−4(k−503)3]
⇒k∣24×72×503×1291.\Rightarrow k|2^4\times 7^2\times 503\times 1291.⇒k∣24×72×503×1291.
易知,y̸=zy\not=zy̸=z,
否则, 2z3=503(z2+1)⇒z3∣5032z^3=503(z^2+1)\Rightarrow z^3|5032z3=503(z2+1)⇒z3∣503 , 矛盾.
故 503(yz+1)=(y+z)(y2+z2−yz)503(yz+1)=(y+z)(y^2+z^2-yz)503(yz+1)=(y+z)(y2+z2−yz)
≥(y+z)(yz+1)\geq (y+z)(yz+1)≥(y+z)(yz+1)
⇒s≤503⇒k≤4×503\Rightarrow s\leq 503\Rightarrow k\leq4\times 503⇒s≤503⇒k≤4×503
又 k>503k>503k>503 ,且k≡−1(modk\equiv -1(modk≡−1(mod 3)3)3)
⇒s=503⇒t=1\Rightarrow s= 503\Rightarrow t=1⇒s=503⇒t=1
⇒y=251,z=252\Rightarrow y=251,z=252⇒y=251,z=252
(2)若 x=1x=1x=1 ,则
y3+z3=2012(yz+1)y^3+z^3=2012(yz+1)y3+z3=2012(yz+1)
⇒y、z\Rightarrow y、z⇒y、z 同奇偶.
设 z+y=2s,z−y=2tz+y=2s,z-y=2tz+y=2s,z−y=2t.仿(1)得
t2=s2+2012−4s33s+1006⋯②t^2=s^2+\frac {2012-4s^3}{3s+1006}\cdots ②t2=s2+3s+10062012−4s3⋯②.
设 3s+1006=k3s+1006=k3s+1006=k
⇒k∣[2012×27−4(k−1006)3]\Rightarrow k|[2012\times 27-4(k-1006)^3]⇒k∣[2012×27−4(k−1006)3]
⇒k∣22×7×11×97×271×503\Rightarrow k|2^2\times 7\times 11\times 97\times271 \times 503⇒k∣22×7×11×97×271×503.
由 2012(yz+2)≥(y+z)yz2012(yz+2)\geq (y+z)yz2012(yz+2)≥(y+z)yz ,知
y+z≤2012(1+2yz)<4024y+z\leq 2012(1+\frac 2{yz})<4024y+z≤2012(1+yz2)<4024 .
故 s<2012,k<503×14s<2012 , k<503\times 14s<2012,k<503×14
结合 k≡1(modk\equiv1(modk≡1(mod 3),k>10063),k>10063),k>1006,得
k=272×7,271×4,97×7×4,97×11×2k=272\times 7, 271\times 4 , 97\times 7\times 4,97\times 11\times 2k=272×7,271×4,97×7×4,97×11×2
⇒s=297,26,570,376\Rightarrow s=297, 26, 570 ,376⇒s=297,26,570,376
(i)若s≡1(mods\equiv1(mods≡1(mod 5)5)5) ,带入式②知
t2≡3(modt^2\equiv 3 (modt2≡3(mod 5)5)5),
无正整数解;
(ii)若s≡0(mods\equiv 0(mods≡0(mod 5)5)5),带入式②知
t2≡2(modt^2\equiv 2(modt2≡2(mod 5)5)5),
无正整数解;
(iii)若s≡0(mods\equiv 0(mods≡0(mod 3)3)3),带入式②知
t2≡−1(modt^2\equiv -1(modt2≡−1(mod 3)3)3),
无正整数解;
故以上四个数均不符合题意
综上,(x,y,z)=(2,251,252). 综上,(x,y,z)=(2,251,252). 综上,(x,y,z)=(2,251,252).