SỬ DỤNG dãy số để xây DỰNG NGHIỆM của một số PHƯƠNG TRÌNH NGHIỆM NGUYÊN

SỬ DỤNG DÃY SỐ ĐỂ XÂY DỰNG NGHIỆM CỦA MỘT SỐ PHƯƠNG TRÌNH NGHIỆM NGUYÊN Có nhiều bài toán không yêu cầu tìm tất cả các nghiệm của phương trình nghiệm nguyên, mà chỉ yêu cầu chứng minh phương trình có vô số nghiệm. Trong trường hợp như thế, ta có thể dùng dãy số để xây dựng một họ nghiệm thỏa mãn phương trình. Dưới đây, ta xét một số dạng phương trình nghiệm nguyên mà nghiệm của nó được xây dựng bởi dãy. I. Sử dụng dãy số để xây dựng nghiệm của một số phương trình đối xứng bậc hai. 1. Cơ sở lý thuyết: Xét dãy số truy hồi tuyến tính cấp hai Ta có: un +1 + un −1 − b = a, ∀n = 1,2,... un u0 = α ; u1 = β  . un +1 = aun − un −1 , ∀n = 1,2,... (*) Suy ra un +1 + un −1 − b un + 2 + un − b = un un +1 ⇔ u 2 n +1 + un +1.un −1 − bun +1 = u 2 n + un + 2 .un − bun ⇔ u 2 n +1 − un + 2 .un − bun +1 = u 2 n − un +1.un −1 − bun ⇔ u 2 n +1 − ( aun +1 − un + b)un − bun +1 = u 2 n − (aun − un −1 + b).un −1 − bun ⇔ u 2 n +1 + u 2 n − aun +1un − b(un +1 + un ) = u 2 n + u 2 n −1 − aunun −1 − b(un + un −1 ) Từ đó, ta có: u 2 n + u 2 n−1 − aunun −1 − b(un + un −1 ) = α 2 + β 2 − aαβ − b(α + β ), ∀n = 1;2... Suy ra với mọi số nguyên dương n thì ( un+1 , un ) là nghiệm của phương trình: x 2 + y 2 − axy − b( x + y ) = α 2 + β 2 − aαβ − b(α + β ) (**) Như vậy, nếu phương trình có dạng (**) thì ta nên xây dựng dãy số có dạng (*). Từ đó, ta có thể giải quyết được khá nhiều các bài phương trình có dạng đối xứng sau đây. 2. Bài tập áp dụng: Bài 1: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương: x 2 + y 2 − 5 xy = −5 . (1) Nhận xét: Phương trình này có dạng (**), trong đó a = 5, b = 0. Khi đó: α 2 + β 2 − 5αβ = −5 , chọn α = 1; β = 2 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = 1, u1 = 2, un +1 = 5un − un −1 ; mỗi cặp (un +1 , un ) là một nghiệm của (1). Lời giải: Xét dãy số (un ) : u0 = 1, u1 = 2, un+1 = 5un − un−1 , ∀n = 1,2,... . Ta có un +1 + un −1 = 5, ∀n = 1,2,... un Suy ra un +1 + un −1 un + 2 + un = ⇔ u 2 n +1 − un un + 2 = u 2 n − un −1un +1 un un +1 ⇔ u 2 n +1 − un (5un +1 − un ) = u 2 n − un −1 (5un − un −1 ) ⇔ u 2 n +1 + u 2 n − 5un +1un = u 2 n + u 2 n −1 − 5un un −1 , ∀n = 1,2,... Từ đó, ta có: u 2 n + u 2 n −1 − 5un un −1 = u 21 + u 20 − 5u1u0 = −5 Như vậy, mỗi cặp ( un+1 , un ) với mọi số nguyên dương n là nghiệm của (1). Mặt khác, dễ thấy un là số nguyên dương với mọi n và ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 2: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương: x 2 + y 2 + 10 = 3( x + 1)( y + 1) . (2) Hướng dẫn: (2) ⇔ x 2 + y 2 + 10 = 3( xy + x + y + 1) ⇔ x 2 + y 2 − 3xy − 3( x + y ) = −7 Phương trình này có dạng (**), trong đó a = 3, b = 3. Khi đó: α 2 + β 2 − 3αβ − 3(α + β ) = −7 , chọn α = 1; β = 1 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un+1 = 3un − un−1 + 3 ; mỗi cặp (un+1 , un ) là một nghiệm của (2). Dễ thấy, un là số nguyên dương với mọi n; u2 = 5 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 3: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương: ( x + 1) 2 + ( y + 1) 2 = 5( xy + 1) . (3) Hướng dẫn: (3) ⇔ x 2 + y 2 − 5 xy + 2( x + y ) = 3 Phương trình này có dạng (**), trong đó a = 5, b = -2. Khi đó: α 2 + β 2 − 5αβ + 2(α + β ) = 3 , chọn α = 0; β = 1 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = 0, u1 = 1, un+1 = 5un − un −1 − 2 ; mỗi cặp (un+1 , un ) là một nghiệm của (3). Dễ thấy, un là số nguyên dương với mọi n ; u2 = 3 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 4: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x +1 y +1 + = 4. y x (4) Hướng dẫn: Với x, y nguyên dương thì phương trình (4) tương đương với x 2 + y 2 − 4 xy + x + y = 0 . Phương trình này có dạng (**), trong đó a = -4, b = -1. Khi đó: α 2 + β 2 − 4αβ + (α + β ) = 0 , chọn α = 1; β = 1 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un+1 = 4un − un−1 − 1 ; mỗi cặp (un +1 , un ) là một nghiệm của (4). Dễ thấy, un là số nguyên dương với mọi n; u2 = 2 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 5: Cho số nguyên dương a > 1. Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x2 + y 2 = a2 . xy + 1 (5) Hướng dẫn: Với x, y nguyên dương thì phương trình (5) tương đương với x 2 + y 2 − a 2 xy = a 2 . Phương trình này có dạng (**), trong đó a = a 2 , b =0. Khi đó: α 2 + β 2 − a 2 .αβ = a 2 , chọn α = a; β = a 2 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = a, u1 = a 3 , un +1 = a 2un − un −1 ; mỗi cặp (un +1 , un ) là một nghiệm của (5). Dễ thấy, do a là số nguyên dương nên un là số nguyên dương với mọi n và ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt do a> 1. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Như vậy, từ những biểu thức bậc hai, đối xứng giữa hai biến x, y ta có thể xây dựng nên những bài tập mà phương trình của nó có thể đưa về dạng (**). Sau đây, ta xét những phương trình nghiệm nguyên bậc 2 có nhiều hơn hai ẩn mà vẫn đưa được về dạng (**). Bài 6: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x 2 + y 2 + z 2 = 3xyz . (6) Hướng dẫn: Chọn z = 1, phương trình (6) trở thành: x 2 + y 2 + 1 = 3xy ⇔ x 2 + y 2 − 3xy = −1 (6’). Phương trình này có dạng (**), trong đó a = -3; b = 0. Khi đó: α 2 + β 2 − 3.αβ = −1 , chọn α = 1; β = 1 thỏa mãn. Ta xây dựng dãy số (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un +1 = 3un − un −1 ; mỗi cặp (un +1 , un ) là một nghiệm của (6’). Dễ thấy, un là số nguyên dương với mọi n; u2 = 2 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được ( un ) là dãy số tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình (6’) có vô số nghiệm nguyên dương. Từ đó, suy ra (6) có vô số nghiệm dạng (un +1 , un ,1) . Bài 7: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x 2 + y 2 + z 2 = xyz . (7) Hướng dẫn: Với cách làm tương tự như bài 6, chọn z = 1 ta đưa phương trình (7) về phương trình: x 2 + y 2 + 1 = xy ⇔ x 2 + y 2 − xy = −1 . Phương trình này lại vô nghiệm, như vậy cách làm ở bài 6 không thể sử dụng tương tự vào đây. Tuy nhiên, ta có thể áp dụng kết quả của bài tập 6 nhờ cách đặt sau: đặt x = 3x1 , y = 3 y1 , z = 3z1 . Ta có: x12 + y12 + z12 = 3x1 y1 z1 . Xét dãy số xác định bởi: (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un +1 = 3un − un −1 , theo kết quả của bài tập 6 thì ( x1 , y1 , z1 ) = (un −1 , un ,1) . Suy ra nghiệm của phương trình (7) là ( x, y, z ) = (3un −1 ,3un ,3) . Bài 8: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x 2 + y 2 + z 2 + t 2 = 4 xyzt .(8) Hướng dẫn: Chọn z = t = 1, ta có: x 2 + y 2 + 2 = 4 xy ⇔ x 2 + y 2 − 4 xy = −2 . Xét dãy số xác định bởi : (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un +1 = 4un − un −1 . Khi đó, ( x, y, z , t ) = (un −1 , un ,1,1) là nghiệm của phương trình. Do u2 = 3 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được dãy (un ) tăng nghiêm ngặt. Từ đó suy ra phương trình có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 9: Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x 2 + y 2 + z 2 + t 2 = xyzt .(9) Hướng dẫn: Đặt x = 2 x1 , y = 2 y1 , z = 2 z1 , t = 2t1 , ta có: x12 + y12 + z12 + t12 = 4 x1 y1 z1t1 . Áp dụng kết quả bài tập 8 thì ( x1 , y1 , z1 , t1 ) = (un −1 , un ,1,1) . Trong đó dãy (un ) xác định bởi (un ) : u0 = 1, u1 = 1, un +1 = 4un − un −1 . Vậy nghiệm của (9) là ( x, y, z , t ) = (2un −1 , 2un ,2,2) . Từ đó suy ra phương trình (9) có vô số nghiệm nguyên dương. Bài 10: Cho số tự nhiên n > 2. Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x12 + x2 2 + x32 + ... + xn 2 = n.x1.x2 ...xn . (Phương trình Markov)(10) Hướng dẫn: Chọn x3 = x4 = ... = xn = 1 , ta có: x12 + x2 2 + n − 2 = n.x1.x2 . Xét dãy số xác định bởi: (um ) : u0 = 1, u1 = 1, um +1 = num − um −1 . Khi đó u2 = n − 1 > u1 , bằng qui nạp ta chứng minh được dãy là dãy các số nguyên dương và tăng nghiêm ngặt. Vậy ( x1 , x2 , x3 ,..., xn ) = (um −1 , um ,1,...,1) là nghiệm của (10). Từ đó suy ra phương trình (10) có vô số nghiệm nguyên dương. II. Sử dụng dãy số xây dựng nghiệm của phương trình Pell. 1. Phương trình Pell : Là phương trình Diophantine có dạng x 2 − dy 2 = 1 , trong đó d là một số nguyên dương không chính phương. Để mô tả tập hợp nghiệm của phương trình Pell, trước hết ta chứng minh bổ đề sau. Bổ đề : Giả sử r + s d = t + u d , trong đó r, s, t, u là những số hữu tỉ, d là số nguyên dương không chính phương. Khi đó : r = t, s = u. Chứng minh : Do r + s d = t +u d nên nếu s≠u, ta có d = r −t . u−s Do d không chính phương nên d phải là số vô tỉ và không thể có sự biểu diễn trên. Vậy s = u, suy ra r = t. Để giải phương trình Pell khi d không lớn lắm, người ta thường tìm nghiệm nhỏ nhất của nó, sau đó nhận được tất cả các nghiệm nhờ định lí sau đây. Định lí: Giả sử x1 , y1 là nghiệm nguyên dương nhỏ nhất của phương trình Pell x 2 − dy 2 = 1 , trong đó d là một số nguyên dương không chính phương. Khi đó mọi nghiệm xk , yk được cho bởi công thức xk + yk d = ( x1 + y1 d )k , với k = 1, 2, 3, …. Chứng minh: Ta chỉ ra các cặp xk , yk xác định như trên là nghiệm của phương trình Pell, đồng thời mọi nghiệm của phương trình Pell đều có dạng trên. Dễ thấy rằng nếu xk + yk d = ( x1 + y1 d )k thì xk − yk d = ( x1 − y1 d )k , vì d chỉ xuất hiện ở các lũy thừa lẻ của − y1 d trong khai triển nhị thức. Mặt khác, xk 2 − dyk 2 = ( xk + yk d )( xk − yk d ) = ( x1 + y1 d )k ( x1 − y1 d )k = ( x12 − dy12 )k = 1. Vậy xk , yk là nghiệm với k = 1, 2, 3, …. Ngược lại, giả sử X, Y là một nghiệm nguyên dương khác với xk , yk . Khi đó tồn tại số n sao cho ( x1 + y1 d ) n < X + Y d < ( x1 + y1 d ) n +1 Nhân bất đẳng thức với ( x1 + y1 d ) − n , 1 < ( x1 − y1 d ) ( X + Y d ) < x1 + y1 d n ta được Vì x12 − dy12 = 1 nên x1 − y1 d = ( x1 + y1 d ) −1 . s + t d = ( x1 − y1 d ) ( X + Y d ) . n Bây giờ giả sử Ta lại có s − dt = ( s − t d )( s + t d ) 2 2 = ( x1 + y1 d ) n ( X − Y d )( x1 − y1 d ) n ( X + Y d ) = ( x12 − dy12 ) n ( X 2 − dY 2 ) = 1 Như vậy, cặp s, t là một nghiệm của phương trình. Hơn nữa, 1 < s + t d < x1 + y1 d . Mặt khác, do s + t d > 1 nên 0 < ( s + t d ) −1 = s − t d . Do đó 1 1 s = [(s+t d )+(s-t d )]>0, t=( )[(s+t d )-(s-t d )] > 0 . 2 2 d Điều đó có nghĩa là s, t là nghiệm nguyên dương, s ≥ x1 , t ≥ y1 , vì x1 , y1 là nghiệm nhỏ nhất. Điều này mâu thuẫn với bất đẳng thức s + t d < x1 + y1 d . Mâu thuẫn này chứng tỏ X, Y phải là một cặp xk , yk với k nào đó.(Đpcm) Nhận xét: Ta có  xk + yk   xk − yk 1  xk = [( x1 + y1 d ) k + ( x1 − y1 d ) k ]  d = ( x1 + y1 d ) 2  ⇔ k d = ( x1 − y1 d )  yk = 1 [( x1 + y1 d ) k − ( x1 − y1 d ) k ]  2 d k Từ đó, ta có thể biểu diễn nghiệm của phương trình Pell dưới dạng dãy số như sau:  xn + 2 = 2 x1.xn +1 − xn , x0 = 1, x1 = x1  .  yn + 2 = 2 x1. yn +1 − yn , y0 = 0, y1 = y1 2. Bài tập áp dụng. Bài 11: Tìm các nghiệm nguyên dương của phương trình x 2 − 15 y 2 = 1 . Hướng dẫn: Dễ thấy nghiệm nguyên dương nhỏ nhất của phương trình là x = 4, y = 1. Như vậy mọi nghiệm ( xk , yk ) của phương trình được xây dựng bởi công thức:  xk + 2 = 8 xk +1 − xk , x0 = 1, x1 = 4  .  yk + 2 = 8 yk +1 − yk , y0 = 0, y1 = 1 Từ quan hệ truy hồi này ta thiết lâ]j được tất cả các nghiệm của phương trình. Bài 12: Tìm các số x, y nguyên dương thỏa mãn phương trình ( x + 1)3 − x3 = y 2 . Hướng dẫn: Ta có: ( x + 1)3 − x3 = y 2 ⇔ 3x 2 + 3x + 1 = y 2 . Nhân 4 vào hai vế của phương trình ta được: (2 y )2 − 3(2 x + 1)2 = 1 .Đặt u = 2y, v = 2x +1, ta được phương trình Pell: u 2 − 3v 2 = 1 . Nghiệm (un , vn ) của phương trình được cho bởi công thức: un + 3vn = (2 + 3) n . Từ đó ta có un − 3vn = (2 − 3) n . Mặt khác, chỉ có các nghiệm (un , vn ) với un chẵn, vn lẻ là thích hợp với bài toán. Từ đó ta chọn được các nghiệm sau đây: x= 1 [(2+ 3) 2 k +1 -(2- 3) 2 k +1 -2 3] 4 3 1 y = [(2+ 3) 2 k +1 + (2- 3) 2 k +1 ], k ≥ 1 4 . Bài 13: Tìm tất cả các số chính phương dạng m( m + 1) , 3 với m là số nguyên dương. Hướng dẫn: Giả sử m, n là những số nguyên dương thỏa mãn m( m + 1) = n2 . 3 Khi đó ta có: (2m + 1)2 − 3(2n)2 = 1 . Như vậy 2m+1 và 2n là các nghiệm của phương trình Pell: X 2 − 3Y 2 = 1 . Dễ thấy phương trình có nghiệm nhỏ nhất X = 2, Y = 1. Do đó m, n xác định bởi: (2m + 1) + 2n 3 = (2 + 3) k . Suy ra k chẵn, đặt k = 2j. Khi đó (2m + 1) + 2n 3 = (7 + 4 3) j . Vì 3 chỉ xuất hiện trong các lũy thừa lẻ của 4 3 trong khai triển nhị thức (7 + 4 3) j nên ta có: (2m+1) - 2n 3 = (7 − 4 3) j . Như vậy, các số m cần tìm là m= (7 + 4 3) j + (7 − 4 3) j − 2 , j = 1, 2,3... 4 III. Sử dụng dãy số để xây dựng nghiệm của một số phương trình bậc hai dạng ax2 + bxy + cy 2 + dx + ey + f = 0 . 1. Cơ sở lý thuyết Xét phương trình ax 2 + bxy + cy 2 + dx + ey + f = 0 . Sử dụng các biến đổi đại số, ta đưa phương trình trên về dạng X 2 − kY 2 = m . (***) Nếu k là số chính phương thì (***) được giải dễ dàng bằng cách đưa vào phương trình tích. Nếu k không phải là số chính phương, khi đó nếu (***) có nghiệm nguyên dương thì có sẽ có vô số nghiệm nguyên dương. Nếu (α , β ) là một nghiệm của phương trình Pell X 2 − kY 2 = 1 thì xét các dãy số ( xn ),( yn ) như sau:  x0 ∈ ¥ , y0 ∈ ¥   xn +1 = α xn + k β yn . y = β x +α y n n  n +1 Khi đó: x 2 n +1 − ky 2 n +1 = (α xn + k β yn ) 2 − k ( β xn + α yn ) 2 = (α 2 − k β 2 ) x 2 n − k (α 2 − k β 2 ) y 2 n = x 2 n − ky 2 n . Do đó nếu ( x0 , y0 ) là một nghiệm của (***) thì ( xn , yn ) cũng là nghiệm của (***), với mọi n. 2. Bài tập áp dụng Bài 14: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x 2 + y 2 = 4( x + 1)( y − 1) .(14) Hướng dẫn: (14) ⇔ x 2 + y 2 − 4 xy + 4 x − 4 y + 4 = 0 ⇔ ( x − 2 y ) 2 − 3 y 2 + 4( x − 2 y ) + 4 y + 4 = 0 ⇔ ( x − 2 y + 2) 2 − 3 y 2 + 4 y = 0 ⇔ 3( x − 2 y + 2) 2 − (9 y 2 − 12 y + 4) + 4 = 0 ⇔ (3 y − 2) 2 − 3( x − 2 y + 2) 2 = 4 Xét phương trình Pell: x 2 − 3 y 2 = 1 có một nghiệm nguyên dương là x = 2, y = 1. Đặt X = 3y -2, Y = x - 2y +2. Xét phương trình: X 2 − 3Y 2 = 4 có một nghiệm nguyên dương là X = 4 , Y = 2. Xét các dãy ( xn ),( yn ) xác định bởi công thức:  x0 = 4, y0 = 2   xn +1 = 2 xn + 3 yn y = x + 2y n n  n +1 Ta có: x 2 n +1 − 3 y 2 n +1 = (2 xn + 3 yn ) 2 − 3( xn + 2 yn ) 2 = x 2 n − 3 y 2 n , ∀n = 0,1, 2,.... Vậy x 2 n − 3 y 2 n = x 2 n −1 − 3 y 2 n −1 = x 2 n − 2 − 3 y 2 n − 2 = ... = x 2 0 − 3 y 2 0 = 4 . Do đó của phương trình X − 3Y = 4 . Hơn nữa xn +1 ≡ 2 xn ≡ 4 xn−1 ≡ xn−1 (mod3), ∀n . Suy ra: Ta chọn: x2 k ≡ x2 k −2 ≡ ... ≡ x2 ≡ x0 (mod3), ∀k . 2 ( xn , yn ) là nghiệm 2 x2 k + 2   y = 3 3 y − 2 = x2 k ⇔   x − 2 y + 2 = y2 k  x = y + 2( x2 k − 1) 2k  3 Như vậy, ( x, y ) = ( y 2 k + 2( x2 k − 1) x2 k + 2 , ) 3 3 là nghiệm của phương trình đã cho với mọi k=0, 1, …. Bài 15: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương 2x + 1 4 y + 1 + = 8 .(15) y x Hướng dẫn: (15) ⇔ 2 x 2 + 4 y 2 − 8 xy + x + y = 0 ⇔ 4( y − x) 2 − 2 x 2 + x + y = 0 ⇔ 64( y − x) 2 + 16( y − x) − 8(4 x 2 − 4 x + 1) + 8 = 0 ⇔ (8 y − 8 x + 1) 2 − 8(2 x − 1) 2 = −7 Xét các dãy ( xn ),( yn ) xác định bởi công thức  x1 = 1, y1 = 1   xn +1 = 3xn + 8 yn  y = x + 3y n n  n +1 Ta có xn2+1 − 8 yn2+1 = (3xn + 8 yn ) 2 − 8( xn + 3 yn ) 2 = xn2 − 8 yn2 = −7 Suy ra ( xn , yn ) là nghiệm của phương trình X 2 − 8Y 2 = −7 . Hơn nữa xn +1 ≡ 3xn ≡ 9 xn−1 ≡ xn−1 (mod8), ∀n . Suy ra x2 k ≡ 1(mod8) . Mặt khác yn +1 = xn + 3 yn = 3xn −1 + 8 yn −1 + 3( xn −1 + 3 yn −1 ) = 6 xn −1 + 17 yn −1 ≡ yn −1 (mod 2), ∀n Suy ra y2 k ≡ 1(mod 2) . Chọn x − 1 y2 k + 1  y = 2k +  8 y − 8 x + 1 = x   2k 8 2 ⇔   2 x − 1 = y2 k  x = y2 k + 1  2 y +1 x −1 y +1 Như vậy, ( x, y ) = ( 2 k2 , 2k8 + 2k2 ) là nghiệm của phương trình với mọi k = 0, 1, 2, …. Bài 16: Cho a, b là các số nguyên dương không đồng thời bằng 0. Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x+a y+b + =3 y x (16). Hướng dẫn: (16) ⇔ x 2 + y 2 + ax + by − 3xy = 0 ⇔ 4 x 2 + 4 y 2 − 12 xy + 4ax + 4by = 0 ⇔ (2 x − 3 y ) 2 − 5 y 2 + 2a(2 x − 3 y ) + 2(3a + 2b) y = 0 ⇔ (2 x − 3 y + a) 2 − 5 y 2 + 2(3a + 2b) y − a 2 = 0 ⇔ 5(2 x − 3 y + a) 2 − [25 y 2 − 10(3a + 2b) y + (3a + 2b) 2 ]+(3a+2b) 2 − 5a 2 = 0 ⇔ 5(2 x − 3 y + a) 2 − (5 y − 3a − 2b) 2 + 4(a 2 + b 2 + 3ab) = 0 ⇔ (5 y − 3a − 2b) 2 − 5(2 x − 3 y + a) 2 = 4(a 2 + b 2 + 3ab) Xét các dãy ( xn ),( yn ) xác định như sau  x0 = 2a + 3b, y0 = b   xn +1 = 9 xn + 20 yn  y = 4x + 9 y n n  n +1 Ta có xn2+1 − 5 yn2+1 = (9 xn + 20 yn ) 2 − 5(4 xn + 9 yn ) 2 = xn2 − 5 yn2 = 4(a 2 + b 2 + 3ab) Suy ra ( xn , yn ) là nghiệm của phương trình X 2 − 5Y 2 = 4(a 2 + b 2 + 3ab) . Hơn nữa xn +1 ≡ 9 xn ≡ 81xn −1 ≡ xn −1 (mod10) với mọi n. Suy ra x2 k ≡ x0 ≡ 2a + 3b(mod10) và x2 k +1 ≡ x1 ≡ − x0 ≡ −(2a + 3b)(mod10) . Mặt khác, yn+1 ≡ yn (mod 2) . Suy ra yn +1 ≡ y0 ≡ b(mod 2) . Ta chọn x + 3a + 2b  y = 2k  5 y − 3 a − 2 b = x   5 2k ⇔  3 y − 2 x − a = y 2 k  x = 3x2 k − 5 y2 k + 4a + 6b  10 Ta có x2 k + 3a + 2b ≡ 2a + 3b + 3a + 2b ≡ 5( a + b) ≡ 0(mod5) 3 x2 k − 5 y2 k + 4a + 6b ≡ 3(2a + 3b) + 4a + 6b − 5 y2 k ≡ 5(b − y2 k ) ≡ 0(mod10) . Như vậy ( x, y ) = ( 3 x2 k − 5 y2 k + 4a + 6b x2 k + 3a + 2b , ) 10 5 là nghiệm của phương trình đã cho với mọi k nguyên dương, ta có điều phải chứng minh. IV. Bài tập tự luyện Bài 1: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x2 + y 2 + 6 =8. xy Bài 2: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương ( x + 1) 2 + ( y + 1) 2 = 5( xy + 1) . Bài 3: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x +1 y +1 + = 4. y x Bài 4: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương ( x + y − 5) 2 = 9 xy . Bài 5: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x +1 y + 3 + = 6. y x Bài 6: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương 2x + 1 2 y +1 + =6. y x Bài 7: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x + 2 3y + 4 + = 10 . y x Bài 8:Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x + 3 y −1 + = 4. y x [...]...2x + 1 2 y +1 + =6 y x Bài 7: Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x + 2 3y + 4 + = 10 y x Bài 8:Chứng minh phương trình sau có vô hạn nghiệm nguyên dương x + 3 y −1 + = 4 y x ... nghiệm (10) Từ suy phương trình (10) có vô số nghiệm nguyên dương II Sử dụng dãy số xây dựng nghiệm phương trình Pell Phương trình Pell : Là phương trình Diophantine có dạng x − dy = , d số nguyên. .. suy phương trình có vô số nghiệm nguyên dương Bài 5: Cho số nguyên dương a > Chứng minh phương trình sau có vô số nghiệm nguyên dương x2 + y = a2 xy + (5) Hướng dẫn: Với x, y nguyên dương phương. .. un ) với số nguyên dương n nghiệm (1) Mặt khác, dễ thấy un số nguyên dương với n ( un ) dãy số tăng nghiêm ngặt Từ suy phương trình có vô số nghiệm nguyên dương Bài 2: Chứng minh phương trình sau