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第41节 由三元型表示零

作者:德-卡尔·弗里德里希·高斯/译者:邵林 当前章节:1713 字 更新时间:2026-7-17 01:14

299

问题

给定三元型f =a x 2 +a ′x ′x ′+a ″x ″x ″+2b x ′x ″+2b ′x x ″+2b ″x x ′,判断0是否能够被这个型表示(变量的值不全为0)。

解:1.当a =0时,x ′,x ″的值可以任意选取,由方程

可知,x 可以取确定的有理数值。以这种方式,不论何时得到x 的值为分数,只要将x ,x ′,x ″的值乘以这个分数的分母,我们就得到了整数值。我们必须排除在外的x ′,x ″的唯一的值,就是那些使得b ′x ″+b ″x ′=0的值——除非它们同时使得a ′x ′x ′+2b x ′x ″+a ″x ″x ″=0,在这种情况下可以任意选取。那么,这样就能得到所有可能的解。但是,b ′和b ″等于0的情况不属于这里的讨论范围,因为这种情况下x 不出现在f 中,也就是说,f 是一个二元型,0是否能够由f 表示应当由二元型理论决定。

2.当a 不等于0时,通过设

方程f =0就等价于

当A ′=0且B 不等于0时,显然,如果我们任意取a x +b ″x ′+b ′x ″和x ″的值,则x 和x ′就确定为有理数,且当它们不是整数时,可以通过恰当的乘法使它们变成整数。只是对于x ″的一个值,即x ″=0,a x +b ″x ′+b ′x ″的值不是任意的,而是也必须等于0。但此时可以完全自由地选取x ′的值,并且由它会推导出一个x 的有理数值。当A ″和B 同时等于0时,如果A ′是等于k 2 的一个平方数,方程f =0就能够简化为两个线性方程(它们中的一个一定成立)

但如果(在相同的假设下) A ′不是平方数,所给方程的解取决于以下条件(两者都必须成立) :x ″=0,a x +b ″x ′=0。

顺便指出一点,当a ′或a ″等于0时,情况1中的方法也适用;当A ′=0的时候,情况2中的方法也适用。

3.当a 和A ″都不等于0时,方程f =0就等价于

其中,D 是型f 的行列式,也即D a =B 2 -A ′A ″。当D =0时,方程的解的情况类似于上个情况的结尾处的那样,也就是说,如果A ″是等于k 2 的平方数,所给方程就简化为

如果A ″不是平方数,我们一定有

当D 不等于0时,我们就简化为方程

由上个条目可以判断它的可解性。除非我们令t =0,u =0,v =0,否则这个简化的方程不可解,由此我们推出:除非令x =0,x ′=0,x ″=0,否则所要求的方程无解。但是,如果这个方程还有其他解,那么,通过方程

我们至少能够推导出x ,x ′,x ″的有理数值。如果这些值中包含分数,可以通过恰当的乘法使它们成为整数。

一旦求出方程f =0的一个整数解,这个问题就可以被归化为情况1,并且能够按照下面的方法求出所有的解。设x ,x ′,x ″满足方程f =0的一些值是α ,α ′,α ″。我们假设它们没有公约数。现在,(根据条目40和条目279) 选择整数β ,β ′,β ″,γ ,γ ′,γ ″,使得

并且,通过代换

型f 就变换成

那么,我们就有c =0,且g 就等价于f 。不难推断,方程f =0的所有整数解可以由方程g =0的所有解[通过(S )] 推导出来。并且,由情况1可知,方程g =0的所有的解包含于公式

其中,p 和q 是不确定整数,z 是不确定数,且只要y ,y ′,y ″是整数,z 就可以是分数。如果把y ,y ′,y ″的这些值代入(S ),我们就得到了方程f =0的所有整数解。例如

方程f =0的一个解是x =1,x ′=-2,x ″=1。通过令β ,β ′,β ″,γ ,γ ′,γ ″分别为0,1,0,0,0,1,我们得出

所以方程g =0的所有整数解就包含于公式

且方程f =0的所有的解包含在以下公式中

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