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一个有趣且经典的数论题

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求证:任意正有理数均可表示为(a^3+b^3)/(c^3+d^3),其中a,b,c,d都是正整数。


1楼2015-02-13 17:52回复
    温馨提示:三楼给证明。所以想自己思考的同学不要往下翻哦


    2楼2015-02-13 17:54
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      证明:设0<r=x/y=(a^3+b^3)/(c^3+d^3)=(a+b)(a^2-ab+b^2)/(c+d)(c^2-cd+d^2)
      于是我们令a+b=kx,c+d=ky,k为正整数
      则有(kx)^2-3ab=(ky)^2-3cd (1)
      设a=mx+ny,m,n均为非负整数,则b=(k-m)x-ny
      所以(kx)^2-3ab=[k^2-3m(k-m)]x^2+3n^2*y^2+3n(2m-k)xy
      由(1)式的对称性必有n^2=k^2/3-m(k-m)
      不妨令k=3,得n=1,m=1或2,取m=1,则a=x+y,b=2x-y,交换x,y,得c=x+y,d=2y-x
      由于b>0,d>0,得1/2<x/y<2
      对于任意正有理数r=x/y,均存在正整数p,q, s.t. cube root(1/(2r))<p/q<cube root(2/r)
      故1/2<(p/q)^3*r<2
      故(p/q)^3*r=(a^3+b^3)/(c^3+d^3),其中a,b,c,d都是正整数。
      故r=[(qa)^3+(qb)^3]/[(pc)^3+(pd)^3]
      Done!
      解答者:孟灏
      2015年02月13日


      3楼2015-02-13 17:56
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        注:由于0<b<=(k-m)x,故(k-m)>=1,故n^2<=k^2/3-m
        所以若k=3,则n^2<=3-m<=3,故只能有n=1


        4楼2015-02-13 17:59
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