一個(gè)包含Euler函數(shù)方程的正整數(shù)解

張四保, 杜先存

(1.喀什大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院, 新疆 喀什 844006; 2.紅河學(xué)院 教師教育學(xué)院, 云南 蒙自 661199)

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一個(gè)包含Euler函數(shù)方程的正整數(shù)解

張四保1*, 杜先存2

(1.喀什大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院, 新疆 喀什 844006; 2.紅河學(xué)院 教師教育學(xué)院, 云南 蒙自 661199)

主要利用初等方法研究了方程φ(xyz)=3(φ(x)+φ(y)+φ(z))的可解性問題,給出了該方程的所有的正整數(shù)解,其中φ(n)為Euler函數(shù).

Euler函數(shù); 不定方程; 整數(shù)解

定理1方程

φ(xyz)=3(φ(x)+φ(y)+φ(z))

(1)

有正整數(shù)解：

(x,y,z)=(14,2,2),(18,2,2),(5,3,3),(8,3,3),(10,3,3),(3,3,3),(6,3,3),(13,3,4),(13,4,3),(5,3,6),(5,6,3),(3,3,6),(3,6,3),(2,2,14),(2,14,2),(2,2,18),(2,18,2),(3,3,5),(3,3,8),(3,3,10),(3,4,13),(3,6,5),(4,3,13),(6,3,5),(3,5,3),(3,8,3),(3,10,3),(3,13,4),(3,5,6),(4,13,3),(6,5,3).

1 主要引理

引理2[13]設(shè)n是整數(shù),且n≥2,則φ(n)

引理3[12]對任意正整數(shù)n,p為素?cái)?shù),則

2 定理的證明

由于φ(xyz)=3(φ(x)+φ(y)+φ(z)),則有

φ(x)φ(y)φ(z)≤

3(φ(x)+φ(y)+φ(z)).

從而有φ(x)φ(y)φ(z)≤3(φ(x)+φ(y)+φ(z)),即

φ(x)φ(y)φ(z)-3φ(x)=

(φ(y)φ(z)-3)φ(x)≤3(φ(y)+φ(z)).

(2)

下面將φ(y)φ(z)的值分以下兩種情況分別加以討論.

2.1 φ(y)φ(z)≤3

此時(shí),φ(y)φ(z)≤2,則y,z有如下一些可能取值:

(y,z)=(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,6),(2,1),(2,2),(2,3),(2,4),(2,6),(3,1),(3,2),(4,1),(4,2),(6,1),(6,2).

顯然,當(dāng)(y,z)=(1,1),(1,2),(2,1),(1,3),(3,1)時(shí),方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(y,z)=(1,4),(4,1)時(shí),有φ(4x)=3(φ(x)+3)=3φ(x)+9.由于

由此可知,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(y,z)=(1,6),(6,1)時(shí),有φ(6x)=3(φ(x)+3)=3φ(x)+9.由于

由此可知,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(y,z)=(2,2)時(shí),有φ(4x)=3(φ(x)+2)=3φ(x)+6.由于

此時(shí),當(dāng)4φ(x)=3φ(x)+6,從而φ(x)=6,則x=14,18. 因而,方程(1)有正整數(shù)解(14,2,2,),(18,2,2,).

當(dāng)(y,z)=(2,3),(3,2)時(shí),有φ(6x)=3(φ(x)+3)=3φ(x)+9.根據(jù)以上φ(6x)的討論可知,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(y,z)=(2,4),(4,2)時(shí),有φ(8x)=3φ(x)+9.由于

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(y,z)=(2,6),(6,2)時(shí),有φ(12x)=3φ(x)+9.由于

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

2.2 φ(y)φ(z)>3

此時(shí),有φ(y)φ(z)≥4.

1)φ(y)φ(z)=4 此時(shí),有

這8種情況.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

因而,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

2)φ(y)φ(z)=6 此時(shí),有

3)φ(y)φ(z)=8 此時(shí),有

4)φ(y)φ(z)=10 此時(shí),有

仿φ(y)φ(z)=4情況的討論可得,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

5)φ(y)φ(z)>10 由于φ(y),φ(z)均為正整數(shù),所以有(φ(y)-1)(φ(z)-1)≥0,即φ(y)φ(z)+1≥φ(y)+φ(z). 由(2)有

所以,φ(x)=1,2,4.

(I)φ(x)=1

此時(shí),有φ(y)φ(z)=φ(x)φ(y)φ(z)≤φ(xyz)=3(1+φ(y)+φ(z)),于是有

(φ(y)-3)(φ(z)-3)≤12.

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)≥0時(shí),此時(shí)有(φ(y)-3)(φ(z)-3)=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12.

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=0時(shí),則φ(y),φ(z)至少有一個(gè)等于3,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=1時(shí),有

此時(shí)3(1+φ(y)+φ(z))均為奇數(shù),因而方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=2時(shí),有

此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=3時(shí),有

此時(shí)3(1+φ(y)+φ(z))亦均為奇數(shù),因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=4時(shí),有

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=5時(shí),有

此時(shí)3(1+φ(y)+φ(z))亦均為奇數(shù),因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=6時(shí),有

此時(shí)φ(y),φ(z)中有一個(gè)不成立,因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=7時(shí),有

此時(shí)3(1+φ(y)+φ(z))為奇數(shù),因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=8時(shí),有

此時(shí)φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)不成立,因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=9時(shí),有

此時(shí)3(1+φ(y)+φ(z))為奇數(shù),因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=10時(shí),有

此時(shí)φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)不成立,因而方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=11時(shí),有

由于φ(x)=14無解[14],故而此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-3)(φ(z)-3)=12時(shí),有

此時(shí)φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)不成立,因而方程(1)無正整數(shù)解.

(II)φ(x)=2

此時(shí),有

2φ(y)φ(z)=φ(x)φ(y)φ(z)≤

φ(xyz)=3(2+φ(y)+φ(z))<

4(2+φ(y)+φ(z)),

于是有(φ(y)-2)(φ(z)-2)<8.

當(dāng)(φ(y)-2)(φ(z)-2)=0時(shí),則φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)等于2.當(dāng)φ(y)=2時(shí),方程(1)有正整數(shù)解(3,3,5),(3,3,8),(3,3,10),(3,3,3),(3,3,6),(3,4,13),(3,6,5),(3,6,3),(4,3,13),(6,3,3),(6,3,5).

從而,此時(shí)方程(1)有正整數(shù)解(3,3,5),(3,3,8),(3,3,10),(3,3,3),(3,3,6),(3,4,13),(3,6,5),(3,6,3),(4,3,13),(6,3,3),(6,3,5),(3,5,3),(3,8,3),(3,10,3),(3,6,3),(3,13,4),(3,5,6),(4,13,3),(6,5,3).

當(dāng)(φ(y)-2)(φ(z)-2)=1時(shí),有

此時(shí)(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-2)(φ(z)-2)=2,3,5,6,7時(shí),φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)不成立;

當(dāng)(φ(y)-2)(φ(z)-2)=4時(shí),有

此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

(III)φ(x)=4

此時(shí),方程(1)可化為:

4φ(y)φ(z)=φ(x)φ(y)φ(z)≤

φ(xyz)=4(4+φ(y)+φ(z)),

于是有0≤(φ(y)-1)(φ(z)-1)≤5.

當(dāng)(φ(y)-1)(φ(z)-1)=0時(shí),有φ(y)=1或φ(z)=1,此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

當(dāng)(φ(y)-1)(φ(z)-1)=1時(shí),有φ(y)=2,φ(z)=2,此時(shí)方程(1)有正整數(shù)解(5,3,3),(5,3,6),(5,6,3),(8,3,3),(10,3,3).

當(dāng)(φ(y)-1)(φ(z)-1)=2,4時(shí),φ(y),φ(z)中至少有一個(gè)不成立,因而此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-1)(φ(z)-1)=3時(shí),有

此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解;

當(dāng)(φ(y)-1)(φ(z)-1)=5時(shí),有

此時(shí)方程(1)無正整數(shù)解.

對上述正整數(shù)解進(jìn)行歸納可得本文結(jié)論.證畢.

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The positive integer solutions of an equation involving the Euler function

ZHANG Sibao1， DU Xiancun2

(1.School of Mathematics and Statistics， Kashgar University， Kashgar， Xinjiang 844006;2.College of Teacher Education， Honghe University， Mengzi， Yunnan 661199)

The solvability of the equationφ(xyz)=3(φ(x)+φ(y)+φ(z))isstudiedbyelementarymethodsinthispaper，andallpositiveintegersolutionsoftheequationareobtained，whereφ(n)istheEulerfunction．

Euler function; Diophantine equation; integer solutions

2014-12-26.

江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題項(xiàng)目(D201301083);新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(XJEDU2008I31);喀什大學(xué)校內(nèi)課題項(xiàng)目(112390).

1000-1190(2015)04-0497-05

O156< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

A

*E-mail: sibao98@sina.com.