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方程 xnyn=2100x^n-y^n=2^{100}n>1n>1)的

solutions number

专题
General / 综合
难度
L4

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求方程

xnyn=2100x^n-y^n=2^{100}

的正整数解 (x,y,n)(x,y,n) 个数,其中 n>1n>1

方程 xnyn=2100x^{n} - y^{n} = 2^{100}x,y,nx,y,n 为正整数,且 n>1n > 1 ,求解的个数。

解析

先看 n=2n=2

(xy)(x+y)=2100.(x-y)(x+y)=2^{100}.

xy=2a, x+y=2bx-y=2^a,\ x+y=2^b,则

a+b=100, b>a, a1a+b=100,\ b>a,\ a\ge 1

a=0a=0x,yx,y 不为整数;b>ab>a 保证 y>0y>0)。

所以 a=1,2,,49a=1,2,\ldots,49,共 49 组,且每组对应唯一正整数 (x,y)(x,y)

再证 n>2n>2 无解:

  • nn 为奇数, xnyn=(xy)(xn1+xn2y++yn1).x^n-y^n=(x-y)(x^{n-1}+x^{n-2}y+\cdots+y^{n-1}). 第二因子为大于 1 的奇数(在可行奇偶下),不可能使整体为纯 2 的幂。

  • n=2m, m>1n=2m,\ m>1,令 u=xm,v=ymu=x^m,v=y^m,则 u2v2=2100.u^2-v^2=2^{100}.(uv)(u+v)=2100(u-v)(u+v)=2^{100},两因子均为 2 的幂。于是可写 u=2a1(2d+1), v=2a1(2d1).u=2^{a-1}(2^d+1),\ v=2^{a-1}(2^d-1). 因为 u,vu,v 都是 mm 次幂且 m>1m>1,可推出 2d12^d-12d+12^d+1 都应为 mm 次幂,但它们相差 2,不可能同时是大于 1 的同次幂(Catalan 型结论),矛盾。

故只有 n=2n=2 有解,总解数为

49.\boxed{49}.