Feladat: Gy.2743 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: könnyű
Megoldó(k):  Révai András ,  Valkó Benedek 
Füzet: 1992/május, 210 - 211. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Oszthatóság, Másodfokú diofantikus egyenletek, Indirekt bizonyítási mód, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1992/január: Gy.2743

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Megmutatjuk, hogy az egyenlet egyetlen, egészekből álló megoldása x=y=z=0. Tételezzük fel, hogy x,y,z egy ettől különböző megoldás. Jelölje x,y,z legnagyobb közös osztóját d; az egyenlet mindkét oldalát d2-tel osztva kapjuk, hogy van olyan x1,y1,z1 megoldás is, amelyre az x1,y1,z1 számoknak már nincs 1-nél nagyobb közös osztója.
Írjuk az egyenlőséget 3(x12+y12)=x12+z12 alakba. A bal oldal 3-nak többszöröse, így x12+z12 is osztható 3-mal. Négyzetszámot 3-mal maradékosan osztva 0-t vagy 1-et kaphatunk csak maradékul. Ezért x12+z12 csak akkor osztható 3-mal, ha x1 és z1 egyaránt osztható 3-mal; ekkor x12+z12 osztható 9-cel, tehát x12+y12 is osztható 3-mal. Ez ismét csak úgy lehetséges, ha x1 és y1 is osztható 3-mal, ami ellentmondás, hiszen x1-nek, y1-nek és z1-nek a 3 nem lehet közös osztója.

 

Megjegyzés. Hasonlóan igazolhatjuk, hogy bármely 4k-1 alakú p prímszámmal a (p-1)x2+py2=z2 egyenletnek x=y=z=0-n kívül nem létezik más egész megoldása. Ehhez az előbbiek mintájára elegendő belátnunk, hogy két négyzetszám összege csak akkor osztható p-vel, ha a számok külön-külön p-vel oszthatók. Állításunkkal ellentétben tegyük föl, hogy valamely a és b egészekre p|a2+b2 teljesül, de valamelyikük nem osztható p-vel. Ekkor nyilván a és b egyike sem osztható p-vel. Fermat (kis) tétele miatt ap-1 és bp-1 1-et ad maradékul p-vel osztva, ezért (a2)(p-1)/2+(b2)(p-1)/2=ap-1+bp-1 a p-vel való maradékos osztásnál 2-t ad maradékul. A p-re tett feltevés szerint p-12 páratlan, ezért (a2)(p-1)/2+(b2)(p-1)/2 osztható (a2+b2)-tel, tehát p-vel is. Ellentmondáshoz jutottunk, hiszen p nem lehet osztója a 2-nek.