证明方程$x+y=(x-y)^2$存在无穷多整数解的方法咨询
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嘿,我看到你已经尝试把方程做了几种变形,比如转化成$(x-y)(x-y-1)=2y$或者$(x+y)(x+y-1)=4xy$,这些思路其实都很靠谱!不过直接解出$y$关于$x$的表达式确实有点绕,我给你分享一个更直观的方法来证明这个方程有无穷多整数解。
我们可以先做一个变量替换,设$d = x - y$——因为$x$和$y$都是整数,所以$d$肯定也是整数。把这个代入原方程,原方程就变成了:
$$x + y = d^2$$
现在我们有了两个关于$x$和$y$的整数方程:
- $x - y = d$
- $x + y = d^2$
把这两个方程联立求解就很简单了:
- 把两个方程相加:$2x = d^2 + d$,所以$x = \frac{d(d+1)}{2}$
- 把两个方程相减:$2y = d^2 - d$,所以$y = \frac{d(d-1)}{2}$
接下来关键的一点:不管$d$取任意整数,$x$和$y$都会是整数。因为$d$和$d+1$是连续的两个整数,其中必有一个是偶数,所以$\frac{d(d+1)}{2}$一定是整数;同理,$d$和$d-1$也是连续整数,$\frac{d(d-1)}{2}$也必然是整数。
我们可以举几个例子验证一下:
- 当$d=0$时,$x=0$,$y=0$,代入原方程:$0+0=(0-0)^2$,成立;
- 当$d=1$时,$x=1$,$y=0$,代入得:$1+0=(1-0)^2$,成立;
- 当$d=2$时,$x=3$,$y=1$,代入得:$3+1=(3-1)^2$,$4=4$,成立;
- 当$d=-1$时,$x=0$,$y=1$,代入得:$0+1=(0-1)^2$,$1=1$,成立;
因为整数$d$有无穷多个,对应的$(x,y)$解也就有无穷多组,这样就证明了原方程存在无穷多整数解啦。
其实你之前变形得到的$(x-y)(x-y-1)=2y$,和我们这个思路是相通的——把$d=x-y$代入这个式子,就得到$d(d-1)=2y$,和我们推导出的$y$的表达式完全一致,只是换个变量替换后,整个逻辑就清晰多了。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Delta Account




