
前几天watt5151提出一个完全平方数的好题,参与讨论热烈,得到不错的解答,帖子本身得到很好的充实,现在把这个帖转到这个版块来了。
又想到这样一个平方数的问题,我们知道:和13+23+33+……+n3对每个正整数n,其结果都是平方数(wubingjie在做法国的题目时有一个以它为背景,他也提出了两个求方程整数解的题目),
那么和1+2+3+……+n的结果中有几个平方数?
和12+22+32+……+n2的结果中有几个平方数?
和1!+2!+3!+……+n!的结果中有几个平方数?
李老师的第一个问题1+2+3+……+n的结果中有几个平方数?
答案:无穷多个,最小的“非平凡”解是n=8。根据求和公式,我们要求n(n+1)/2是一个平方数,由于n和n+1互素,所以就有n=x2,n+1=2y2;或者n=2y2,n+1=x2。相减得x2-2y2=±1。这类方程被称作是Pell方程在潘承洞、潘承彪的《初等数论》第七章有专门的讲解。柯召、孙琦的《谈谈不定方程》第二章也有专题解说。
我们引用《谈谈不定方程》关于Pell方程的定理:设D是一个正整数且不是一个平方数,则x2-Dy2=1有无限多组整数解,设x0,y0是使得x最小的一组正整数解,则原方程的所有解都可以用x+y√D=±(x0+y0√D)n表示,其中n是任意正整数。
上面的最小正整数解也被称作是Pell方程基本解。x2-2y2=1的基本解为(3,2)由它可以构造出无限多个解,所以满足要求的n也是无限多个的。
第3个问题的缘起:第一次遇到这个题的时候,是原来辅导学生参加华罗庚金杯赛:①1×2×3×……×n+3是一个数的平方,求n;
②1×2×3×……×n+4是两个自然数的乘积,求n。
拿到这两个题目,吓了我一跳,这从哪里入手?主要是这是对小孩辅导啊!后来又想了想,既然是对小孩的内容,不应该多高深,从尾数出发,若n≥5,则n!的个位为0,加3后,个位为3,没有一个自然数的平方个位是3,所以n≤4,当n=4时,4!+3=27(不行);
当n=3时,3!+3=9,(可以);当n=2时,2!+3=5(不行);当n=1时,1!+3=4(可以)。
两个连续自然数的乘积个位是0,2,6,减4后分别是6,8,2,这样n≥5时,n!个位为0,又不行,所以n=4时,4!+4=28≠相邻自然数之积;n=3时,3!+4=10≠相邻自然数之积;n=2时,2!+4=6=2×3(可以),n=1时,也不行。
对阶乘和找平方数,也是这样,3!+4!+5!+6!+……+n!的个位也是0,而(1!+2!=3),所以n≥4时,阶乘和个位都是3,没有哪个自然数的平方个位为3,所以n=3时,1!+2!+3!=9是平方数,n=2时1!+2!=3不是平方数,n=1时1!=1是平方数。
主要是最近都在讨论平方数,想到了这个唬人的问题。
二、平方和问题,是个难题。(二、三放在一起,深深浅浅混淆视听)
人们已经知道了n=1时(平凡解);
n=24时,12+22+32+42+……+242=24×(24+1)×(2×24+1)/6=4×25×49=702(非平凡解)
我国四川大学数学系马德刚先生给出初等证明,(马先生的这篇论文分别刊登在1985年第4期《四川大学学报》(这篇论文是受中科院科学基金资助的一个课题);1985年第9期《科学通报(英文版)》)。
文章开始:1975年E·Lucas(法国,1842~1891)问丢番图方程6y2=n(n+1)(2n+1)是否只有非平凡解n=24,y=70。剑桥Watson(1886~1965)和Ljunggren(德国)给出了肯定的回答,他们分别利用椭圆函数和四次括域上的pell方程给出了证明,证明很复杂。Mordell(英国,1888~1972)问是否有一个初等证明。本文给出了一个完全初等的证明,因而完全解决了Mordell提出的问题。
本站在几何版面有一个“Mordell不等式”的帖子,就是那个Mordell。
马德刚先生的论文参考文献上是Watson在1918年刊登的,Ljunggren是1952年刊登的。
下面给出马德刚先生的论文。