Дано диофантово уравнение 6x + 15y = 3. Исследуйте все целые решения, объясните стратегию поиска общего решения и укажите, при каких изменениях коэффициентов метод остаётся применимым
Найдём все целые решения уравнения 6x+15y=36x+15y=36x+15y=3. 1. Проверка возможности решения. Пусть d=gcd(6,15)=3d=\gcd(6,15)=3d=gcd(6,15)=3. Так как d∣3d\mid 3d∣3, решения существуют. 2. Упростим, разделив на ddd: 2x+5y=12x+5y=12x+5y=1. 3. Найдём частное решение. Решим по модулю: 2x≡1(mod5)2x\equiv1\pmod52x≡1(mod5). Обратный элемент 2−1(mod5)2^{-1}\pmod52−1(mod5) равен 333, поэтому x≡3(mod5)x\equiv3\pmod5x≡3(mod5). Возьмём x0=3x_0=3x0=3. Тогда 2⋅3+5y=12\cdot3+5y=12⋅3+5y=1 даёт y0=−1y_0=-1y0=−1. Значит одно частное решение (x0,y0)=(3,−1)(x_0,y_0)=(3,-1)(x0,y0)=(3,−1). 4. Общее решение. Для уравнения ax+by=cax+by=cax+by=c с d=gcd(a,b)d=\gcd(a,b)d=gcd(a,b) общее целое решение задаётся x=x0+bdt,y=y0−adt,t∈Z.
x=x_0+\frac{b}{d}t,\qquad y=y_0-\frac{a}{d}t,\qquad t\in\mathbb{Z}. x=x0+dbt,y=y0−dat,t∈Z.
Здесь a=6, b=15, d=3a=6,\ b=15,\ d=3a=6,b=15,d=3, поэтому bd=5, ad=2\frac{b}{d}=5,\ \frac{a}{d}=2db=5,da=2. Получаем x=3+5t,y=−1−2t,t∈Z.
x=3+5t,\qquad y=-1-2t,\qquad t\in\mathbb{Z}. x=3+5t,y=−1−2t,t∈Z. 5. Когда метод применим. Метод применим для любого линейного диофантова уравнения ax+by=cax+by=cax+by=c. Необходимо и достаточно, чтобы d=gcd(a,b)d=\gcd(a,b)d=gcd(a,b) делил ccc. Если d∤cd\nmid cd∤c — целых решений нет. При изменении коэффициентов aaa или bbb нужно заново вычислить gcd(a,b)\gcd(a,b)gcd(a,b); если новая НОД делит ccc, то процедура (деление на НОД, нахождение частного решения через расширенный алгоритм Евклида и параметризация) остаётся применимой. Если одновременно умножить все три коэффициента a,b,ca,b,ca,b,c на одно и то же целое число, множество решений не меняется (по соответствующей нормировке).
1. Проверка возможности решения. Пусть d=gcd(6,15)=3d=\gcd(6,15)=3d=gcd(6,15)=3. Так как d∣3d\mid 3d∣3, решения существуют.
2. Упростим, разделив на ddd: 2x+5y=12x+5y=12x+5y=1.
3. Найдём частное решение. Решим по модулю: 2x≡1(mod5)2x\equiv1\pmod52x≡1(mod5). Обратный элемент 2−1(mod5)2^{-1}\pmod52−1(mod5) равен 333, поэтому x≡3(mod5)x\equiv3\pmod5x≡3(mod5). Возьмём x0=3x_0=3x0 =3. Тогда 2⋅3+5y=12\cdot3+5y=12⋅3+5y=1 даёт y0=−1y_0=-1y0 =−1. Значит одно частное решение (x0,y0)=(3,−1)(x_0,y_0)=(3,-1)(x0 ,y0 )=(3,−1).
4. Общее решение. Для уравнения ax+by=cax+by=cax+by=c с d=gcd(a,b)d=\gcd(a,b)d=gcd(a,b) общее целое решение задаётся
x=x0+bdt,y=y0−adt,t∈Z. x=x_0+\frac{b}{d}t,\qquad y=y_0-\frac{a}{d}t,\qquad t\in\mathbb{Z}.
x=x0 +db t,y=y0 −da t,t∈Z. Здесь a=6, b=15, d=3a=6,\ b=15,\ d=3a=6, b=15, d=3, поэтому bd=5, ad=2\frac{b}{d}=5,\ \frac{a}{d}=2db =5, da =2. Получаем
x=3+5t,y=−1−2t,t∈Z. x=3+5t,\qquad y=-1-2t,\qquad t\in\mathbb{Z}.
x=3+5t,y=−1−2t,t∈Z.
5. Когда метод применим. Метод применим для любого линейного диофантова уравнения ax+by=cax+by=cax+by=c. Необходимо и достаточно, чтобы d=gcd(a,b)d=\gcd(a,b)d=gcd(a,b) делил ccc. Если d∤cd\nmid cd∤c — целых решений нет. При изменении коэффициентов aaa или bbb нужно заново вычислить gcd(a,b)\gcd(a,b)gcd(a,b); если новая НОД делит ccc, то процедура (деление на НОД, нахождение частного решения через расширенный алгоритм Евклида и параметризация) остаётся применимой. Если одновременно умножить все три коэффициента a,b,ca,b,ca,b,c на одно и то же целое число, множество решений не меняется (по соответствующей нормировке).