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初等数论题

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23年B卷P4,感觉标答有点不易想到,有没有什么比较自然的想法。


IP属地:江苏1楼2024-03-24 10:52回复
    (x-a)(x-b)(x-c)(x-d)≡x⁴+abcd (mod 2023)
    相当于(x-a)(x-b)(x-c)(x-d)≡x⁴+abcd(mod 7)
    和(x-a)(x-b)(x-c)(x-d)≡x⁴+abcd (mod 289) 都成立
    设-abcd = m,则a, b, c, d都是x⁴≡m(mod 7)的解
    假设g 是模7的一个原根,如果m和7互素,则存在1≤r, s≤6使x≡g^r(mod 7), m≡g^s(mod 7),4r≡s(mod 6)
    那有解时s 一定是偶数,r≡s/2 (mod 3)
    如果1≤t≤3, t≡s/2(mod 3),那r 只可能是t 或者 t+3
    所以a, b, c, d 分别和g^t 或者 g^(t+3) 模7同余
    如果a≡b≡c≡d≡g^t (mod 7),那a+b+c+d≡4g^t≠0(mod 7),不合要求
    如果a≡b≡c≡g^t(mod 7), d≡g^(t+3)≡-g^t(mod 7),那a+b+c+d≡2g^t≠0(mod 7),也不合要求
    如果a≡b≡g^t(mod 7), c≡d≡g^(t+3)≡-g^t(mod 7)
    那 ab+ac+bc+ad+bd+cd≡-2g^(2t)≠0(mod 7),不合要求
    由对称性,其他情况也都不成立,所以只可能m≡0(mod 7)
    7一定至少整除a,b,c d中某一个
    若7 ℓ a,7不整除b, c, d
    则 b+c+d≡0(mod 7), bc+bd+cd≡0(mod 7)
    减去(b+c+d)d可得bd-d²≡0(mod 7),
    则b≡d(mod 7), 同理b≡c(mod 7), c≡d(mod 7),则b+c+d≡3b≡3c≡3d≡0(mod 7)不可能成立
    若7 ℓ a, 7 ℓ b
    则 c+d≡0(mod 7), cd≡0(mod 7)
    c, d一定都被7整除
    这时a≡b≡c≡d≡0(mod 7),所以7⁴ ℓ m


    IP属地:安徽来自Android客户端2楼2024-03-24 13:18
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      把a, b, c, d同时除以7,就得到一组正整数a, b, c, d满足a+b+c+d=289, ab+ac+bc+cd+ad+bd≡0(mod 289), abc+abd+acd+bcd≡0(mod 289)
      再设这组a,b,c,d乘积为-m
      同理a, b, c, d都是x⁴≡m(mod 289)的解
      设g 是模289=17² 的一个原根,如果m和17互素,那存在1≤r, s≤272,使x≡g^r(mod 289), m≡g^s(mod 289),4r≡m(mod 272)
      有解时m一定是4的倍数,r≡m/4(mod 68)
      如果1≤t≤68, t≡m/4(mod 68),那r只可能是t, t+68, t+2×68, t+3×68
      其中g^(t+68)和g^(t+3×68)中,一个和38g^t同余,另一个和-38g^t同余,g^(t+2×68)≡-g^t(mod 289)
      如果a≡b≡g^t(mod 289), c≡d≡-g^t(mod 289)
      则ab+ac+bc+cd+ad+bd≡-2g^(2t)≠0 (mod 289)
      如果a≡b≡38g^t(mod 289), c≡d≡-38g^t(mod 289)
      则ab+ac+bc+cd+ad+bd≡-2×38²g^(2t)≠0(mod 289)
      由于a+b+c+d≡0(mod 289),其他情况中一一验证只剩下a≡g^t(mod 289), b≡38g^t(mod 289), c≡-g^t(mod 289), d≡-38g^t(mod 289)
      则a+c≡0(mod 289), b+d≡0(mod 289)
      因为a, b, c, d是正整数,所以289 ℓ a+c,a+c≥289, 同理b+d≥289
      a+b+c+d≥2×289,和a+b+c+d=289矛盾
      只可能 17 ℓ m
      同理a≡b≡c≡d≡0(mod 17)
      再次同时除以17,得到新一组a+b+c+d=17
      而对任何一组符合a+b+c+d=17的正整数(a, b, c, d),(119a, 119b, 119c, 119d)都符合原题要求
      所以这就是原题的通解,原题中的abcd一定是119⁴的倍数


      IP属地:安徽来自Android客户端3楼2024-03-24 13:19
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        一般情况应该是
        ①如果每个q都是4k+3型的大于3的奇素数
        正整数a, b, c, d满足a+b+c+d 能被 ∏q^m整除
        ab+ac+bc+ad+bd+cd 能被∏q^(2m-1) 整除
        abc+abd+acd+bcd 能被∏q^(3m-2) 整除
        那a, b, c, d 每一个都被∏q^m 整除
        ② 如果p是4k+1型的大于5的奇素数
        正整数a+b+c+d = p^n
        ab+ac+bc+ad+bd+cd 能被p^(2m-2+n) 整除
        abc+abd+acd+bcd 能被p^(3m-3+n) 整除
        n> m≥1
        则a, b, c, d 每一个都能被p^m整除
        n≤m时不存在这样的正整数a, b, c, d
        p=2, 3, 5时好像挺复杂


        IP属地:安徽来自Android客户端4楼2024-03-24 13:59
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          给另外一种解法
          假设a,b,c,d均不是7的倍数。
          那么a+b+c=–d(mod7)
          ab+bc+ca=–d(a+b+c)=d²(mod7)
          abc=–d(ab+bc+ca)=–d³(mod7),
          那么(X–a)(X–b)(X–c)
          =X³–(a+b+c)X²+(ab+bc+ca)X–abc
          =X³+dX²+d²X+d³=(X+d)(X²+d²)=0(mod 7)
          因此有(a+d)(a²+d²)=0(mod 7),(b+d)(b²+d²)=0(mod 7),(c+d)(a²+d²)=0(mod 7),
          同样(a+b)(a²+b²)=0(mod 7),(a+c)(a²+c²)=0(mod 7),(b+c)(b²+c²)=0(mod 7)。
          假设a,b,c,d均不是7的倍数,
          那么注意a²+b²≠0(mod 7)
          只能a+b=0(mod7)
          这样呢只能是a+b=a+c=a+d=b+c=b+d=c+d=0(mod 7)推出a=b=c=d=0(mod 7)矛盾。
          所以不妨设d=0(mod 7)
          此时a,b,c均满足X³=0(mod 7)
          知a,b,c,d均是7的倍数。


          IP属地:北京来自Android客户端5楼2024-03-25 11:48
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            把a, b, c, d同时除以7,就得到一组正整数a, b, c, d
            满足a+b+c+d=289, ab+ac+bc+cd+ad+bd≡0(mod 289), abc+abd+acd+bcd≡0(mod 289)
            同样仍有
            (a+d)(a²+d²)=0(mod 289),
            (b+d)(b²+d²)=0(mod 289),
            (c+d)(a²+d²)=0(mod 289),
            (a+b)(a²+b²)=0(mod 289),
            (a+c)(a²+c²)=0(mod 289),
            (b+c)(b²+c²)=0(mod 289).
            假设a,b,c,d均不是17的倍数,那么
            (1)a,b,c,d不存在 两数模17相等
            比如a=b(mod 17) 则(a+b)(a²+b²)=4a³=0(mod 17),得到a=0(mod 17) ,从而矛盾。
            (2)a²+d²,b²+d²,c²+d² 不可能同时是17的倍数。
            否则 a,b,c的取值只能是±4d ,必然有两数模17相等
            这样不妨设a²+d²≠0(mod 17) ,则有 a+d=0 ,此时必然b+d≠0,c+d≠0
            所以 b²+d²=c²+d²=0(mod 17) 这样b mod 17,c mod 17 只能是±4d。
            因b,c模17不等,不妨设b=4d(mod 17),c=-4d(mod 17),
            设a=17u-d,b=17v+4d,c=17w-4d
            代入 a+b+c+d=289 得到 u+v+w=17
            代入abc+abd+acd+bcd≡0(mod 289) 得到 u-v-w=0 (mod 17)
            这样 u=0 (mod 17) 有a+d=0(mod 289) 这与a+b+c+d=289且a,b,c,d为正整数矛盾。
            这样不妨设 d=0(mod 17) ,类似5楼得到a,b,c满足 X³=0(mod 17) ,得到a,b,c,d均是17的倍数。
            原题得证abcd必然是2023的倍数


            IP属地:北京6楼2024-03-25 12:10
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              想问个问题 这么多条件了是否可以求个{a,b,c,d}?


              IP属地:四川7楼2024-03-25 16:52
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                按六楼处理完17的倍数后主楼的a,b,d为a=7*17*x, b=7*17*y,c=7*17*z,d=7*17*w
                满足x+y+z+w=17即可,其中x,y,z,w为正整数。


                IP属地:北京8楼2024-03-25 18:17
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