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  • 1 # 每天解除安裝2次魯大師

    最近質數題看多了,2這個唯一的偶數質數,很多時候需要關注,這題,顯然p=q=2符合要求。接下來,很大部分內容可能要圍繞“2”展開,畢竟這能引入奇偶性,而奇偶性是數論問題的重要方法。

    一、自然數的平方被4除的餘數:

    1.如這個自然數是偶數,假設為2k,則(2k)²=4k²,能被4整除。反過來假設n是一個自然數的平方,如果這個平方數是偶數,則一定也是4的倍數,如假設n=m²是偶數,則m也一定是偶數,可以令m=2k,n=(2k)²=4k²。

    2.如果這個自然數是奇數,假設為2k+1,則(2k+1)²=4k²+4k+1=4k(k+1)+1,被8除餘1,但這題只需知道被4除餘1就可以。

    鋪墊完了,接下來回到題中。設p^(q+1)+q^(p+1)=N²。

    二、當p和q都不為2時,顯然p,q都為奇數,則p+1和q+1都為偶數,設q+1=2k,p^(q+1)=(p^k)²,被4除餘1,同理得到q^(p+1)被4除餘1,則p^(q+1)+q^(p+1)為偶數,且被4除餘2,N必為偶數,N²一定被4整除,與p^(q+1)+q^(p+1)被4除餘2矛盾,所以這種情況不可能成立。

    三、當p和q有一個為2時,因為式子對稱,方便論述,不防令p=2,則原式可寫成2^(q+1)+q³=N²,這個等式左邊兩項,一項為指數形式,一項為冪形式,後期指數的增長將遠遠大於冪,隨著q增大,q³相對於2^(q+1)將越來越無足輕重,N將越來越難找,具體如下。因為是偶數,還是設q+1=2k,則(2^k)²+(2k-1)³=N²,(2^k)²也是個完全平方數,N²要比它打大,那N至少為2^k+1,即N²≥(2^k+1)²,(2^k)²+(2k-1)³≥(2^k+1)²,整理得到(2k-1)³≥2^(k+1)+1,關於這個不等式,冪函式後期比指數函式增長的慢,到後期,不等式不可能成立,關於這個問題,從影象就可以看出,用代數方法也行,後面有空的話論證下。總之,這個不等式可以解得k<13,即q<25,這是條件(1)。

    另一方面,回到2^(q+1)+q³=N²,2^(q+1)被4整除,N²被4除餘1,得到q³被4除餘1,設q被4除餘a(a=1或3),即q=4k+a則q³=(4k+a)³,二項式展開,前3項都是4的倍數,只需看最後項a³,1³=1,被4除餘1,符合要求,3³=27,被4除餘3,不符合要求,因此q被4除餘1,這個作為條件(2)。

    滿足條件(1)和(2)的質數p,與2組成的質數對,一一檢驗。(2,5),(2,13),(2,17)。

    2^6+5³=189,13²=169<189<196=14²,不符合

    2^14+13³=18581,136²=18496<18581<18769=137²,不符合要求

    2^18+17³=267057(其實算,看末尾也行,又一個數論題,就不展開了),完全平方數的末尾不可能為7,也不符合。

    綜上所述,(2,2)是唯一滿足要求的質數對。

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