佩尔方程的连分数猜想

连分数除了数学上纯粹的形式上好玩外,还有一些更好玩的东西值得挖掘。

求解不定方程

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(1)

的正整数解(实际上是求双曲线上的整数点问题)

首先可以肯定,当D为完全平方数时,方程无整数解。

因为

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(2)

,而一个平方数 1不可能是平方数

然后,我们代入一些特殊的数算算,先介绍一个谁都会的办法:暴力求解。

例如:

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(3)

,我们还是用Excel表格来暴力搞定

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(4)

表格第一行第二列开始,依次填入1,2,3,……代表x

表格第一列第二行开始,依次填入1,2,3,……代表y

在第二行第二列(B2)位置输入公式,注意$符号不要漏掉,公式含义就是

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(5)

然后下拉复制,右拉复制即可

注意到,有一个格子的计算结果为0,对应的x=2,y=1迅速得到。

这样的办法非常暴力,非常高效,但是没有丝毫的数学味道。

以下连分数登场,开始表演魔术。

题目:

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(6)

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(7)

聪明睿智的你一定看出来了,接下去就是周期循环了。

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(8)

我们把循环部分简记成

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(9)

见证奇迹的时候到了!我们倒算一下

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(10)

,记得这个方程的解是多少吗?X=2,y=1,巧合吗?

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(11)

我们这只在数学公园里溜达的我发现了一个大猜想!

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(12)

这猜想也太牛逼了吧。别急着吹牛,再找几个验证下。

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(13)

再试一个:

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(14)

但是,x=29,y=8却不是方程的根。好沮丧呀

我不是个轻易放弃的家伙,我一定要看看,怎么样的D这个猜想能成立?

不妨把所有能成立的D罗列出来,不能成立的D也罗列出来,找规律。

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(15)

我发现规律了,能成立的循环节长度都是偶数,而不能成立的循环节长度是奇数。

好吧,我把猜想改改。

佩尔方程的通解:佩尔方程的连分数猜想(16)

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