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求解丢番图方程$xy + 114x - 81y = 9245$的完整过程咨询

求解丢番图方程$xy + 114x - 81y = 9245$的完整过程咨询

嘿,我完全理解你现在的情况——之前只接触过用欧几里得算法解简单的线性丢番图方程,碰到这种带$xy$项的二次方程肯定有点懵。别担心,我会一步步拆解,把每一步的思路和操作都讲清楚,保证你能跟上~

首先,这个方程属于二元二次丢番图方程,和你之前学的线性方程(比如$ax+by=c$)不一样,但我们可以用一个叫「西蒙最喜欢的因式分解技巧(SFFT)」的方法,把它转化成我们熟悉的整数乘积问题来解决。

步骤1:凑因式分解的形式

原方程是:
$$xy + 114x - 81y = 9245$$
我们的目标是把左边的式子凑成两个一次多项式相乘的形式,比如$(x + m)(y + n)$。先把含$x$的项提出来:
$$x(y + 114) - 81y = 9245$$
现在看后面的$-81y$,我们可以给它凑一个和$(y+114)$相关的项,这样就能把整个左边写成乘积形式。具体操作是:把$-81y$拆成$-81(y + 114) + 81×114$(因为$-81(y+114) = -81y - 81×114$,加回$81×114$就还原成$-81y$了)。代入原方程左边:
$$x(y + 114) - 81(y + 114) + 81×114 = 9245$$
现在左边前两项可以提取公因式$(y+114)$,变成:
$$(x - 81)(y + 114) + 81×114 = 9245$$
计算$81×114$:$80×114=9120$,$1×114=114$,加起来是$9234$。把这个数移到右边:
$$(x - 81)(y + 114) = 9245 - 9234 = 11$$
太棒了!现在方程变成了两个整数的乘积等于11——这就简单多了,因为我们只需要找出所有整数对$(a,b)$,使得$a×b=11$,其中$a=x-81$,$b=y+114$。

步骤2:找出所有整数因数对

11是质数,它的整数因数对只有4组(因为正负数都要考虑):

  • $(1, 11)$
  • $(11, 1)$
  • $(-1, -11)$
  • $(-11, -1)$

步骤3:计算对应的x和y值

我们把每组因数对代入$a=x-81$和$b=y+114$,分别算出x和y:

  1. 当$a=1$,$b=11$时:
    $x - 81 = 1 → x=82$;$y + 114=11 → y=11-114=-103$
    验证:$82×(-103) + 114×82 -81×(-103)=9245$,结果正确。
  2. 当$a=11$,$b=1$时:
    $x -81=11 →x=92$;$y+114=1 →y=1-114=-113$
    验证:$92×(-113)+114×92 -81×(-113)=9245$,结果正确。
  3. 当$a=-1$,$b=-11$时:
    $x-81=-1 →x=80$;$y+114=-11 →y=-11-114=-125$
    验证:$80×(-125)+114×80 -81×(-125)=9245$,结果正确。
  4. 当$a=-11$,$b=-1$时:
    $x-81=-11 →x=70$;$y+114=-1 →y=-1-114=-115$
    验证:$70×(-115)+114×70 -81×(-115)=9245$,结果正确。

最终所有整数解

这个丢番图方程的所有整数解是:

  • $(82, -103)$
  • $(92, -113)$
  • $(80, -125)$
  • $(70, -115)$

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Naifarer

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