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Vieta Jump ​

這是一個用根與係數關係的數論解題方式。

主要有兩個重點:

  • 根與係數
  • 無窮遞降法

以下 (a, b)皆為正整數。

IMO 1988 P6 ​

k=a2+b2ab+1∈N

證明:k 是完全平方數。

首先先固定非平方數

Sk={(a,b)∈N | a2+b2ab+1=k}

假如 |Sk|>0, 那就從裡面挖出一個最小(定義為 v(a,b)=a+b )的解 (a,b) ,並且讓 a>b (a=b 是不可能的。)

改寫成 a2−(kb)a+(b2−k)=0。

所以,我們可以知道有 b′ ,使得 a,b′ 是 x2−(kb)x+(b2−k)=0 的解。

根據根與係數關係,可以有:

  1. a+b′=kb ==> b' 是整數
  2. ab′=b2−k==> 因為 k 並非平方數,所以 b′≠0

並且因為 b′2+a2ab′+1=k>0,得到 b′≥0

由 (1) (2) 可以知道,(a,b′) 也是一組解,並且因為 (a,b) 最小,所以 b′≥b

由 (2) 可以推得

b′=b2−ka<b2a≤b

矛盾。

台灣 TST 2011 ​

k=a2+b2+6ab∈N

證明:k 是完全立方數。

固定k,選一個最小解(a, b),並且 a≥b。

由跟與係數關係(重複上面推斷),可以得到

b≤a≤b2+6

所以,就剩下這些可能:

  1. a = b
  2. a = b + 1
  3. a = b + 2

剩下就不需要多說了。

羅馬尼亞 MO 2004 ​

a2+ab+b2ab−1∈N

求所有解。

先枚舉a, b < 4的解:f(1, 2) = 7、f(2, 2) = 4

設裡面某元素為t,可以得到:

a2−(bt−b)a+(b2+t)=0

讓(a, b)為最小解,且a >= b > 3

  • a + a' = bt - b => a'是整數
  • aa' = bb + t =>
    • a'是正數
    • (a', b)合法解
    • 因為(a, b)最小,所以a' >= a
b≤a≤b2+t

回到原本的式子:

t=a2+ab+b2ab−1≤3a2b2−1≤3(b2+t)b2−1

==>

t≤3b2b2−4≤4

所以只要確認 t = 1 ~ 4。

USA TST 2002 ​

a2+b2ab−1∈N

求所有解。

NOTE

交給讀者了~

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