求解所有满足(n+1)(n+12)可表示为4个连续自然数乘积的自然数n
咱们先来明确问题:要找出所有自然数$n$,使得$(n+1)(n+12)$能写成4个连续自然数的乘积。我来一步步理清楚解题思路:
首先,有个很关键的结论——4个连续自然数的乘积加1,结果一定是个完全平方数。不信的话可以推导一下:假设4个连续数是$t, t+1, t+2, t+3$,它们的乘积可以整理成:
$$t(t+1)(t+2)(t+3) = (t2+3t)(t2+3t+2) = (t2+3t+1)2 - 1$$
你看,确实,乘积加1就是$(t^2+3t+1)$的平方,是个完美的完全平方数。
回到题目,既然$(n+1)(n+12)$是4个连续数的乘积,那它加1肯定也是完全平方数,所以我们可以写出:
$$(n+1)(n+12) + 1 = k^2 \quad (k \text{ 是自然数})$$
把左边展开整理一下:
$$n^2 + 13n + 13 = k^2$$
移项后用平方差公式分解:
$$k^2 - n^2 = 13(n+1) \implies (k-n)(k+n) = 13(n+1)$$
这里要注意一个坑:刚才的结论是“4个连续数乘积加1是平方数”,但反过来“平方数减1不一定是4个连续数的乘积”,所以后面还要验证解是否真的符合原问题。
换个更稳妥的思路,直接从4个连续数的乘积入手,设这4个数为$t, t+1, t+2, t+3$($t$是自然数),那么:
$$(n+1)(n+12) = t(t+1)(t+2)(t+3)$$
结合之前的变形,右边等于$(t2+3t+1)2 - 1$,所以:
$$n^2 + 13n + 13 = (t2+3t+1)2$$
把这个式子看成关于$n$的一元二次方程,自然数$n$存在的前提是判别式为完全平方数:
$$\Delta = 13^2 - 4 \times (13 - (t2+3t+1)2) = 117 + 4(t2+3t+1)2$$
设$\Delta = m^2$($m$是自然数),这又是一个平方差形式:
$$m^2 - [2(t2+3t+1)]2 = 117 \implies (m - 2(t^2+3t+1))(m + 2(t^2+3t+1)) = 117$$
接下来找出117的所有正因数对(因为两个括号都是正数,且第二个比第一个大):(1,117)、(3,39)、(9,13),逐个分析:
因数对(1,117):
两式相减得$4(t2+3t+1)=116$,化简后$t2+3t-28=0$,解这个方程得正根$t=4$(负根舍去)。
此时4个连续数是4、5、6、7,乘积是$4×5×6×7=840$,代入$(n+1)(n+12)=840$,解得$n=23$(负根舍去)。验证一下:$(23+1)(23+12)=24×35=840$,完全符合条件。因数对(3,39):
相减得$4(t2+3t+1)=36$,化简后$t2+3t-8=0$,判别式是41,不是完全平方数,没有自然数解。因数对(9,13):
相减得$4(t2+3t+1)=4$,化简后$t2+3t=0$,解得$t=0$或$t=-3$,都不是正自然数,舍去。
另外,负因数对会得到负数的$n$,不符合自然数要求,直接忽略。
之前用平方差分解得到的$n=4$,代入后$(4+1)(4+12)=80$,找不到4个连续自然数的乘积等于80,所以这个解是“假解”,要舍去。
综上,唯一符合条件的自然数$n$是23。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Dante Ricciagli




