MAT KOL (Banja Luka) ISSN (p), ISSN (o) Vol. XX (2)(2014), PELLOVA JEDNAČINA I PITAGORIN

Слични документи
MAT-KOL (Banja Luka) XXIII (4)(2017), DOI: /МК Ž ISSN (o) ISSN (o) ЈЕДНА

My_P_Red_Bin_Zbir_Free

Matematika 1 - izborna

Microsoft Word - O nekim klasicnim kvadratnim Diofantovim jednacinama.docx

Celobrojno programiranje Rešavamo sledeći poblem celobrojnog programiranja: min c T x Ax = b x 0 x Z n Gde pretpostavljamo da je A celobrojna matrica

1 Polinomi jedne promenljive Neka je K polje. Izraz P (x) = a 0 + a 1 x + + a n x n = n a k x k, x K, naziva se algebarski polinom po x nad poljem K.

MAT-KOL (Banja Luka) XXV (2)(2019), DOI: /МК A ISSN (p) ISSN (o) PET RAZNI

Алгебарски изрази 1. Запиши пет произвољних бројевних израза. 2. Израчунај вредност израза: а) : ; б) : (

(Microsoft Word - MATB - kolovoz osnovna razina - rje\232enja zadataka)

Skripte2013

6-8. ČAS Celobrojno programiranje Rešavamo sledeći poblem celobrojnog programiranja: Gde pretpostavljamo da je A celobrojna matrica dimenzije,. Takođe

JEDNAKOSTI I JEDNAČINE,

Microsoft Word - 6ms001

(Microsoft Word - Rje\232enja zadataka)

Microsoft Word - 15ms261

MAT-KOL (Banja Luka) XXV (1)(2019), DOI: /МК A ISSN (o) ISSN (o) JOŠ JEDAN DO

My_P_Trigo_Zbir_Free

PLAN I PROGRAM ZA DOPUNSKU (PRODUŽNU) NASTAVU IZ MATEMATIKE (za 1. razred)

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU PRIRODOSLOVNO MATEMATIČKI FAKULTET MATEMATIČKI ODSJEK Ivana Šore REKURZIVNOST REALNIH FUNKCIJA Diplomski rad Voditelj rada: doc.

Талесова 1 теорема и примене - неки задаци из збирке Дефинициjа 1: Нека су a и b две дужи чиjе су дужине изражене преко мерне jединице k > 0, тако да

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz ni\236a razina - rje\232enja)

PEDAGOŠKI ZAVOD TUZLA u saradnji s UDRUŽENJEM MATEMATIČARA TUZLANSKOG KANTONA Takmičenje učenika srednjih škola Tuzlanskog kantona iz MATEMATIKE Tuzla

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - svibanj osnovna razina - rje\232enja)

СТЕПЕН појам и особине

Konstrukcija i analiza algoritama Nina Radojičić februar Analiza algoritama, rekurentne relacije 1 Definicija: Neka su f i g dve pozitivne fun

Numerička matematika 11. predavanje dodatak Saša Singer web.math.pmf.unizg.hr/~singer PMF Matematički odsjek, Zagreb NumMat 2019, 11. p

Microsoft Word - NULE FUNKCIJE I ZNAK FUNKCIJE.doc

Teorija skupova - blog.sake.ba

Microsoft Word - DIOFANTSKE JEDNADŽBE ZADACI docx

1 Konusni preseci (drugim rečima: kružnica, elipsa, hiperbola i parabola) Definicija 0.1 Algebarska kriva drugog reda u ravni jeste skup tačaka opisan

UAAG Osnovne algebarske strukture 5. Vektorski prostori Borka Jadrijević

Title

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - rujan osnovna razina - rje\232enja)

Vjezbe 1.dvi

s2.dvi

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - studeni osnovna razina - rje\232enja)

My_ST_FTNIspiti_Free

MAT-KOL (Banja Luka) Matematički kolokvijum XIV(3)(2008), DEVET RJEŠENJA JEDNOG ZADATKA IZ GEOMETRIJE Dr Šefket Arslanagić 1 i Alija Miminagić 2

Математика 1. Посматрај слику и одреди елементе скуупова: а) б) в) средњи ниво А={ } B={ } А B={ } А B={ } А B={ } B А={ } А={ } B={ } А B={ } А B={ }

Skalarne funkcije više varijabli Parcijalne derivacije Skalarne funkcije više varijabli i parcijalne derivacije Franka Miriam Brückler

Microsoft Word - Ispitivanje toka i grafik funkcije V deo

Natjecanje 2016.

Microsoft Word - predavanje8

Hej hej bojiš se matematike? Ma nema potrebe! Dobra priprema je pola obavljenog posla, a da bi bio izvrsno pripremljen tu uskačemo mi iz Štreberaja. D

ЗАДАЦИ ИЗ МАТЕМАТИКЕ ЗА ПРИПРЕМАЊЕ ЗАВРШНОГ ИСПИТА

Matematiqki fakultet Univerzitet u Beogradu Iracionalne jednaqine i nejednaqine Zlatko Lazovi 29. mart 2017.

Математика основни ниво 1. Одреди елементе скупова A, B, C: a) б) A = B = C = 2. Запиши елементе скупова A, B, C на основу слике: A = B = C = 3. Броје

JMBAG IME I PREZIME BROJ BODOVA MJERA I INTEGRAL 2. kolokvij 29. lipnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori nisu dozvoljeni!) 1. (

PRIRODNO MATEMATIČKI FAKULTET U NIŠU DEPARTMAN ZA RAČUNARSKE NAUKE Utorak, godine PRIJEMNI ISPIT IZ INFORMATIKE 1. Koja od navedenih ekste

untitled

Microsoft Word - 24ms221

JMBAG IME I PREZIME BROJ BODOVA 1. (ukupno 6 bodova) MJERA I INTEGRAL 1. kolokvij 4. svibnja (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori n

Newtonova metoda za rješavanje nelinearne jednadžbe f(x)=0

2.7 Taylorova formula Teorem 2.11 Neka funkcija f : D! R; D R m ; ima na nekoj "-kugli K(T 0 ; ; ") D; T 0 x 0 1; :::; x 0 m neprekidne derivacije do

Sadržaj 1 Diskretan slučajan vektor Definicija slučajnog vektora Diskretan slučajan vektor

Microsoft Word - 12ms121

Matematički fakultet Univerzitet u Beogradu Elementarne funkcije i preslikavanja u analizi Master rad Mentor: dr Miodrag Mateljević Student: Marija Vu

Algebarski izrazi (4. dio)

ФАКУЛТЕТ ОРГАНИЗАЦИОНИХ НАУКА

Diferenciranje i integriranje pod znakom integrala math.e Vol math.e Hrvatski matematički elektronički časopis Diferenciranje i integriranje pod

58. Federalno takmičenje iz matematike učenika srednjih škola

vjezbe-difrfv.dvi

Jednadžbe - ponavljanje

Neodreeni integrali - Predavanje III

ПРИРОДА И ЗНАК РЕШЕЊА 2 b ax bx c 0 x1 x2 2 D b 4ac a ( сви задаци су решени) c b D xx 1 2 x1/2 a 2a УСЛОВИ Решења реална и различита D>0 Решења реалн

Uvod u obične diferencijalne jednadžbe Metoda separacije varijabli Obične diferencijalne jednadžbe Franka Miriam Brückler

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz osnovna razina - rje\232enja)

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - prosinac vi\232a razina - rje\232enja)

07jeli.DVI

Рационални Бројеви Скуп рационалних бројева 1. Из скупа { 3 4, 2, 4, 11, 0, , 1 5, 12 3 } издвој подскуп: а) природних бројева; б) целих броје

(Microsoft Word vje\236ba - LIMES FUNKCIJE.doc)

PITANJA I ZADACI ZA II KOLOKVIJUM IZ MATEMATIKE I Pitanja o nizovima Nizovi Realni niz i njegov podniz. Tačka nagomilavanja niza i granična vrednost(l

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - svibanj vi\232a razina - rje\232enja)

Microsoft Word - PARNOST i NEPARNOST FUNKCIJE.PERIODICNOST

MATEMATIČKA ANALIZA I primjeri i zadaci Ante Mimica 8. siječnja 2010.

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - svibanj vi\232a razina - rje\232enja)

Primjena neodredenog integrala u inženjerstvu Matematika 2 Erna Begović Kovač, Literatura: I. Gusić, Lekcije iz Matematike 2

3. КРИВОЛИНИЈСКИ ИНТЕГРАЛ

Kvadratna jednaqina i funkcija 1. Odrediti sve n N takve da jednaqina x3 + 7x 2 9x + 1 x 2 bar jedno celobrojno rexee. = n ima 2. Ako za j-nu ax 2 +bx

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU PRIRODOSLOVNO MATEMATIČKI FAKULTET MATEMATIČKI ODSJEK Elma Daferović HIJERARHIJA KONVEKSNIH FUNKCIJA Diplomski rad Voditelj rada

3. ЛИНЕАРНЕ ЈЕДНАЧИНЕ И НЕЈЕДНАЧИНЕ С ЈЕДНОМ НЕПОЗНАТОМ КереШго та1ег зги/иогит ез1 (Обнављање је мајка наука) Латинска сентенца (изрека) Линеарна јед

7. predavanje Vladimir Dananić 14. studenoga Vladimir Dananić () 7. predavanje 14. studenoga / 16

ŽUPANIJSKO NATJECANJE IZ MATEMATIKE 28. veljače razred - rješenja OVDJE SU DANI NEKI NAČINI RJEŠAVANJA ZADATAKA. UKOLIKO UČENIK IMA DRUGAČIJI

1 Ministarstvo za obrazovanje, nauku i mlade KS ISPITNI KATALOG ZA EKSTERNU MATURU U ŠKOLSKOJ 2016/2017. GODINI MATEMATIKA Stručni tim za matematiku:

Microsoft Word - KUPA-obnavljanje.doc

Matematka 1 Zadaci za vežbe Oktobar Uvod 1.1. Izračunati vrednost izraza (bez upotrebe pomoćnih sredstava): ( ) [ a) : b) 3 3

OSNOVNA ŠKOLA, VI RAZRED MATEMATIKA

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - lipanj osnovna razina - rje\232enja)

Slide 1

Neprekidnost Jelena Sedlar Fakultet građevinarstva, arhitekture i geodezije Jelena Sedlar (FGAG) Neprekidnost 1 / 14

Microsoft Word - Mat-1---inicijalni testovi--gimnazija

Sveučilište J.J.Strossmayera u Osijeku Odjel za matematiku Sveučilišni nastavnički studij matematike i informatike Marina Gernhardt Sume kvadrata Dipl

JMBAG IME I PREZIME BROJ BODOVA 1. (ukupno 20 bodova) MJERA I INTEGRAL Popravni ispit 7. rujna (Knjige, bilježnice, dodatni papiri i kalkulatori

VISOKA TEHNI^KA [KOLA STRUKOVNIH STUDIJA MILORADOVI] MIROLJUB M A T E M A T I K A NERE[ENI ZADACI ZA PRIJEMNI ISPIT AGRONOMIJA, EKOLOGIJA, E

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz osnovna razina - rje\232enja)

ТРОУГАО БРЗИНА и математичка неисправност Лоренцове трансформације у специјалној теорији релативности Александар Вукеља www.

18 1 DERIVACIJA 1.3 Derivacije višeg reda n-tu derivaciju funkcije f označavamo s f (n) ili u Leibnizovoj notaciji s dn y d x n. Zadatak 1.22 Nadite f

Elementarna matematika 1 - Oblici matematickog mišljenja

Matrice. Algebarske operacije s matricama. - Predavanje I

Microsoft Word - Matematika_kozep_irasbeli_javitasi_0802.doc

Транскрипт:

MAT KOL (Banja Luka) ISSN 0354 6969 (p), ISSN 986 5228 (o) Vol. XX (2)(204), 59 68 http://www.imvibl.org/dmbl/dmbl.htm PELLOVA JEDNAČINA I PITAGORINE TROJKE Amra Duraković Bernadin Ibrahimpašić 2, Sažetak Diofantska jednačina oblika x 2 Dy 2 =, gdje je D prirodan broj koji nije potpun kvadrat naziva se Pellova jednačina. Ured enu trojku prirodnih brojeva (a, b, c) zovemo Pitagorina trojka ako su a i b katete, a c hipotenuza nekog pravouglog trougla. U ovom članku ćemo opisati Pellove jednačine i njihovu vezu s Pitagorinim trojkama. Ključne riječi i fraze: Pellova jednačina, Pitagorina trojka. Abstract Pell s equation is any Diophantine equation of the form x 2 Dy 2 =, where D is a given nonsquare positive integer and integer solutions are sought for x and y. A Pythagorean triple is a triple of positive integers a, b and c such that a right triangle exists with legs a and b, and hypotenuse c. In this paper we describe Pell s equations and their relation to the Pythagorean triples. AMS Mathematics Subject Classification (200): D09, Y50 Key words and phrases: Pell s equation, Pythagorean triple. Uvod Diofantskom jednačinom nazivamo algebarsku jednačinu s cjelobrojnim koeficijentima s dvije ili više nepoznatih, kojoj se traže cjelobrojna rješenja. Ime su dobile po starogrčkom matematičaru Diofantu. Diofantska jednačina oblika x 2 Dy 2 =, gdje je D prirodan broj koji nije potpun kvadrat, naziva se Pellova jednačina. Jednačina je dobila ime po engleskom matematičaru Johnu Pellu, jer mu je Euler, po svemu sudeći pogrešno, pripisao zasluge za njezino rješavanje. Proučavanjem ovih jednačina bavili su se i starogrčki matematičari (Arhimed, Pedagoški fakultet Univerziteta u Bihaću, Luke Marjanovića bb, 77000 Bihać, Bosna i Hercegovina, e-mail: amra aldzic@hotmail.com 2 Pedagoški fakultet Univerziteta u Bihaću, Luke Marjanovića bb, 77000 Bihać, Bosna i Hercegovina, e-mail: bernadin@bih.net.ba

60 A. Duraković, B. Ibrahimpašić Diofant), srednjovjekovni indijski matematičari (Brahmagupta), te europski matematičari Brouncher, Fermat, Euler i Lagrange, koji je i prvi dokazao da ova jednačina ima beskonačno mnogo cjelobrojnih rješenja. Ured enu trojku prirodnih brojeva (a, b, c) zovemo Pitagorina trojka ako su a i b katete, a c hipotenuza nekog pravouglog trougla, tj. ako vrijedi a 2 + b 2 = c 2. Ako su a, b i c relativno prosti, onda kažemo da je (a, b, c) primitivna Pitagorina trojka. U ovom članku ćemo dati osnovna svojstva Pellovih jednačina i Pitagorinih trojki i objasniti kako se pomoću Pellovih jednačina dobijaju Pitagorine trojke. 2 Verižni razlomci Neka je α proizvoljan realan broj. Stavimo a 0 = α. Ako je a 0 α, onda zapisujemo α = a 0 + α, gdje je α > i stavimo a = α. Ako je a α, onda zapisujemo α = a + α 2, gdje je α 2 > i stavimo a 2 = α 2. Ovaj proces možemo nastaviti i dalje sve dok ne bude a n = α n. To se dešava ako i samo ako je α racionalan broj. Racionalne funkcije oblika α = a 0 + a + a 2 +... + a n nazivaju se verižni (neprekidni) razlomci. Kraći zapis je α = [a 0 ; a,..., a n ]. Ako je α = m n racionalan broj, onda se njegov razvoj u verižni razlomak može odrediti pomoću Euklidovog algoritma, gdje su brojevi a 0, a, a 2,... količnici iz Euklidovog algoritma primijenjenog na brojeve m i n. Definicija 2. Neka je a 0 cijeli broj i neka su a, a 2,..., a n prirodni brojevi. Ako je α = [a 0 ; a,..., a n ], onda ovaj izraz nazivamo razvoj broja α u konačni jednostavni verižni razlomak. Razlomak pi q i = [a 0 ; a,..., a i ] je i-ta konvergenta od α, a i je i-ti parcijalni kvocijent od α, a α i = [a i ; a i+,..., a n ] je i-ti potpuni kvocijent od α. Ako je α iracionalan broj, onda uvodimo oznaku [a 0 ; a, a 2,...] = lim [a 0; a,..., a n ]. Ako je α = [a 0 ; a, a 2,...], onda taj izraz n nazivamo razvoj broja α u beskonačni jednostavni verižni razlomak. Razlomak p i q i = [a 0 ; a,..., a i ] je i-ta konvergenta od α, a i je i-ti parcijalni kvocijent od α, a α i = [a i ; a i+,...] je i-ti potpuni kvocijent od α.

Pellova jednačina i Pitagorine trojke 6 Za konvergente pn q n, (n 2), vrijede sljedeće rekurzivne relacije: p n = a n p n + p n 2, p 0 = a 0, p = a 0 a +, q n = a n q n + q n 2, q 0 =, q = a. Dogovorno uzimajući da je p 2 = 0, p =, q 2 = i q = 0, tada navedene rekurzivne relacije vrijede za n 0. Primjer 2. Razviti 3 29 Rješenje: Primjenimo Euklidov algoritam. u verižni razlomak i odrediti sve konvergente. 3 = 29 0 + 3, 29 = 3 2 + 3, 3 = 3 4 +, 3 = 3 + 0. Vidimo da je a 0 = 0, a = 2, a 2 = 4 i a 3 = 3, pa je razvoj broja 3 29 u verižni razlomak 3 29 = 0 + 2 +, 4 + 3 ili kraće 3 29 = [0; 2, 4, 3]. Primjenom rekurzivnih relacija za konvergente dobijamo: p 0 = 0, q 0 =, p = 0 2 + =, q = 2, p 2 = 4 + 0 = 4, q 2 = 4 2 + = 9, p 3 = 3 4 + = 3, q 3 = 3 9 + 2 = 29, Dakle, konvergente su 0, p 0 q 0 = 0; p q = 2 ; p 2 q 2 = 4 9 ; p 3 q 3 = 3 29. 2, 4 9, 3 29. Definicija 2.2 Za beskonačni verižni razlomak [a 0 ; a, a 2,...] kažemo da je periodičan ako postoje cijeli brojevi k 0 i m takvi da je a i+m = a i, za sve i k. To zapisujemo [a 0 ; a,..., a k, a k, a k+,..., a k+m ]. Najmanji takav m se naziva period. Ako je k = 0 govorimo o čisto periodičnom verižnom razlomku. Ako je d prirodan broj koji nije kvadrat, tada je verižni razlomak od d periodičan i vrijedi d = [a0 ; a, a 2,..., a l, 2a 0 ],

62 A. Duraković, B. Ibrahimpašić pri čemu je a i = a l i, za i =, 2,..., l. U ovom slučaju, razvoj u verižni razlomak se može dobiti primjenom sljedećeg algoritma. Kvadratnu iracionalnost α zapišemo u obliku α = s0+ d t 0, gdje su d, s 0 i t 0 cijeli brojevi, t 0 0, d nije potpun kvadrat i t 0 (d s 2 0). Ako je α = d, onda je s 0 = 0 i t 0 =. Sada parcijalne kvocijente a i računamo rekurzivno na sljedeći način: s i + d () a i =, s i+ = a i t i s i, t i+ = d s2 i+, i 0. t i t i s i+ d si + d t i, to imamo da algoritam radi samo s cijelim Kako je a i = t i = brojevima. Kako za dovoljno velike indekse i imamo da vrijedi da je 0 < s i < d i 0 < ti < s i + d < 2 d, to ured eni parovi (s i, t i ) poprimaju samo konačno mnogo vrijednosti, pa zaključujemo da je taj razvoj periodičan, jer moraju postojati indeksi j i k, j < k, takvi da je (s j, t j ) = (s k, t k ). Med utim, tada je prema () a j = a k, pa je α = [a 0 ; a,..., a j, a j, a j+,..., a k ]. Primjer 2.2 Razviti 9 u verižni razlomak. Rješenje: Broj 9 je prirodan broj pa možemo primjeniti algoritam (). Kako je 9 = 0+ 9, slijedi da je s 0 = 0 i t 0 =. Algoritam se zaustavlja kada dobijemo da je (s k, t k ) = (s, t ). a 0 = 4, s = 4, t = 3, (s, t ) = (4, 3); a = 2, s 2 = 2, t 2 = 5, (s 2, t 2 ) = (2, 5); a 2 =, s 3 = 3, t 3 = 2, (s 3, t 3 ) = (3, 2); a 3 = 3, s 4 = 3, t 4 = 5, (s 4, t 4 ) = (3, 5); a 4 =, s 5 = 2, t 5 = 3, (s 5, t 5 ) = (2, 3); a 5 = 2, s 6 = 4, t 6 =, (s 6, t 6 ) = (4, ); a 6 = 8, s 7 = 4, t 7 = 3, (s 7, t 7 ) = (4, 3). Dobili smo da je (s 7, t 7 ) = (s, t ) = (4, 3), a to prema () znači da je a 7 = a, pa je 9 = [4; 2,, 3,, 2, 8] i imamo da je period l = 6. 3 Pellova jednačina Diofantska jednačina oblika (2) x 2 Dy 2 =, gdje je D prirodan broj koji nije potpun kvadrat, naziva se Pellova jednačina. Ako je D potpun kvadrat, tj. D = a 2, a N, tada jednačina (2) ima oblik

Pellova jednačina i Pitagorine trojke 63 (x ay)(x + ay) = i u tom slučaju jednačina ima samo trivijalna rješenja (x, y) = (±, 0). Očigledno je da ako je (x, y) rješenje jednačine (2), onda su (x, y) i ( x, ±y) takod er njena rješenja. Zbog toga je prilikom njenog ispitivanja i rješavanja dovoljno posmatrati njena rješenja u prirodnim brojevima. Takod er napomenimo da ako je (x, y) = (u, v) rješenje Pellove jednačine (2), onda zbog jednostavnosti kažemo da je u + v D njeno rješenje. Pellova jednačina (2) ima bar jedno rješenje u prirodnim brojevima x i y. Najmanje rješenje Pellove jednačine u prirodnim brojevima nazivamo fundamentalno rješenje. Označavamo ga s (x, y ) ili s x + y D. O beskonačanosti rješenja Pellove jednačine govori sljedeći teorem. Teorem 3. Pellova jednačina x 2 Dy 2 = ima beskonačno mnogo rješenja. Ako je (x, y ) fundamentalno rješenje, onda su sva rješenja (u prirodnim brojevima) ove jednačine dana formulom x n + y n D = (x + y D) n, n N. Ako znamo fundamentalno rješenje, do ostalih rješenja možemo doći i koristeći rekurzivne relacije o kojima govori sljedeći teorem. Teorem 3.2 Neka je (x n, y n ), gdje je n prirodan broj, niz svih rješenja Pellove jednačine x 2 Dy 2 = u prirodnim brojevima zapisan u rastućem redoslijedu. Neka je (x 0, y 0 ) = (, 0) i (x, y ) njeno fundamentalno rješenje. Tada vrijedi x n+2 = 2x x n+ x n, y n+2 = 2x y n+ y n, n 0. Ako znamo fundamentalno rješenje Pellove jednačine (2), koristeći Teorem 3. i Teorem 3.2, možemo odrediti i sva ostala rješenja. Med utim, pitanje je kako naći to fundamentalno rješenje. Jedan način za nalaženje fundamentalog rješenja proizilazi iz veze Pellovih jednačina s diofantskim aproksimacijama, te preko njih s verižnim razlomcima. Svako netrivijalno rješenje Pellove jednačine x 2 Dy 2 = inducira jako dobru racionalnu aproksimaciju iracionalnog D. Sve jako dobre racionalne aproksimacije realnog broja se mogu dobiti iz njegovog razvoja u verižni razlomak. Pellova jednačina x 2 Dy 2 =, ne mora imati rješenja u cijelim brojevima, za razliku od obične Pellove jednačine x 2 Dy 2 = koja ih ima beskonačno. Ako je D 3 (mod 4), onda jednačina x 2 Dy 2 = nema rješenja. Sljedeći teorem nam govori o povezanosti fundamentalnih rješenja jednačina x 2 Dy 2 = i x 2 Dy 2 =, te svih rješenja pomenutih jednačina u prirodnim brojevima s razvojem u verižni razlomak broja D.

64 A. Duraković, B. Ibrahimpašić Teorem 3.3 Neka je l dužina perioda od D. Ako je l paran, onda jednačina x 2 Dy 2 = nema rješenja, a sva rješenja jednačine x 2 Dy 2 = su dana s (x, y) = (p nl, q nl ), n N. Fundamentalno rješenje je (p l, q l ). Ako je l neparan, onda su sva rješenja jednačine x 2 Dy 2 = dana s (x, y) = (p (2n )l, q (2n )l ), a sva rješenja jednačine x 2 Dy 2 = su dana s (x, y) = (p 2nl, q 2nl ), n N. Fundamentalno rješenje jednačine x 2 Dy 2 = je (p 2l, q 2l ). Primjer 3. Riješiti jednačinu x 2 9y 2 =. Rješenje: Iz Primjera 2.2 imamo da je 9 = [4; 2,, 3,, 2, 8] i l = 6. Prema Teoremu 3.3 fundamentalno rješenje zadane jednačine je (x, y ) = (p 5, q 5 ). Primjenom rekurzivnih relacija za konvergente dobijamo da je (p 5, q 5 ) = (70, 39) pa je fundamentalno rješenje (x, y ) = (70, 39), odnosno x + y 9 = 70 + 39 9. Sva ostala rješenja, u prirodnim brojevima, jednačine x 2 9y 2 = su dana s x n + y n 9 = (70 + 39 9) n, n N. Napomenimo da, kako je period l = 6 paran, to jednačina x 2 9y 2 = nema rješenja. Diofantska jednačina oblika (3) x 2 Dy 2 = C, gdje je D prirodan broj koji nije potpun kvadrat i C cijeli broj različit od nule, naziva se pellovska jednačina. Ova jednačina ne mora imati rješenja, ali ako ih ima, onda ih ima beskonačno mnogo. Ako je x + y D rješenje pellovske jednačine x 2 Dy 2 = C, a u + v D rješenje pripadne Pellove jednačine x 2 Dy 2 =, onda je (4) (x + y D)(u + v D) takod er rješenje pellovske jednačine (3). Za dva rješenja x + y D i x + y D pellovske jednačine (3) kažemo da su asocirana ako se jedno iz drugog može dobiti množenjem s nekim rješenjem pripadne Pellove jednačine kao u (4). Na taj način se uvodi relacija ekvivalencije na skupu svih rješenja pellovske jednačine. Med usobno asocirana rješenja tvore jednu klasu rješenja. Dva rješenja x + y D i x + y D pellovske jednačine su asocirana ako i samo ako vrijedi (5) xx Dyy Z C i xy x y C Z. Da bismo riješili pellovsku jednačinu trebamo prvo znati kako joj odrediti fundamentalno rješenje, a ono je usko povezano s fundamentalnim rješenjem Pellove jednačine x 2 Dy 2 =. Kako odrediti to fundamentalno rješenje govori nam sljedeći teorem.

Pellova jednačina i Pitagorine trojke 65 Teorem 3.4 Neka je x +y D fundamentalno rješenje Pellove jednačine x 2 Dy 2 =. Tada za svako fundamentalno rješenje x + y D pellovske jednačine x 2 Dy 2 = C vrijede nejednakosti: 0 y x y 2(x + ε) C, 2 (x + ε) C, gdje je ε = ako je C > 0, a ε = ako je C < 0. Fundamentalnih rješenja, pa samim tim i klasa rješenja, ima konačno mnogo. Primjer 3.2 Riješiti jednačinu x 2 9y 2 = 5. Rješenje: Pripadna Pellova jednačina je x 2 9y 2 =. Njeno fundamentalno rješenje je (x, y ) = (70, 39) (Primjer 3.). Neka je x +y 9 fundamentalno rješenje pellovske jednačine x 2 9y 2 = 5. Tada prema Teoremu 3.4 vrijedi x 2 (70 + ) 5 = 430 x {0, ±, ±2,..., ±9, ±20}, 0 y 39 5 5 = 39 2(70 + ) 342 y {0,, 2, 3, 4}. Odavde dobijamo sve moguće parove (x, y ) koji mogu biti fundamentalno rješenje jednačine x 2 9y 2 = 5. Jednostavnom provjerom dobijamo da su jedina fundamentalna rješenja (9, 2) i ( 9, 2), tj. 9+2 9 i 9+2 9. Provjerimo da li su ova rješenja asocirana. Kako 9 ( 9) 9 2 2 5 = 57 5 Z, prema (5) slijedi da rješenja nisu asocirana. Sva rješenja pellovske jednačine x 2 9y 2 = 5 su dana s x + y 9 = ±(9 + 2 9)(70 + 39 9) n i x + y 9 = ±( 9 + 2 9)(70 + 39 9) n, n Z. 4 Pellova jednačina i Pitagorine trojke Definicija 4. Ured enu trojku prirodnih brojeva (a, b, c) zovemo Pitagorina trojka ako su a i b katete, a c hipotenuza nekog pravouglog trougla, tj. ako vrijedi a 2 + b 2 = c 2. Ako su a, b i c relativno prosti, onda kažemo da je (a, b, c) primitivna Pitagorina trojka.

66 A. Duraković, B. Ibrahimpašić Ako Pitagorinu trojku (a, b, c) pomnožimo s prirodnim brojem k dobijamo Pitagorinu trojku (ka, kb, kc). Za trojke (a, b, c) i (ka, kb, kc) kažemo da su slične. Postoji beskonačno mnogo sličnih Pitagorinih trojki. U svakoj primitivnoj Pitagorinoj trojki tačno jedan od brojeva a i b je neparan, pa je samim tim i broj c neparan. Teorem 4. Sve primitivne Pitagorine trojke (a, b, c) u kojima je b paran, dane su formulama (6) a = m 2 n 2, b = 2mn, c = m 2 + n 2, gdje je m > n i m, n su relativno prosti prirodni brojevi različite parnosti. Iz Teorema 4. slijedi da su sve Pitagorine trojke dane identitetom [d(m 2 n 2 )] 2 + (2dmn) 2 = [d(m 2 + n 2 )] 2. Pogledajmo sada kakva je veza izmed u Pellovih jednačina i nekih Pitagorinih trojki. Pretpostavimo da su a i b uzastopni prirodni brojevi. Tada je a b = ±, što znači da možemo analizirati dva slučaja, i to:. a b =, 2. b a =. Pogledamo li prvi slučaj i iskoristimo li formule (6) imamo što možemo napisati u obliku Uvedemo li supstituciju dobijamo Pellovu jednačinu m 2 n 2 2mn =, (m n) 2 2n 2 =. x = m n i y = n x 2 2y 2 =. Kako nam rješenja dobijene Pellove jednačine daju vrijednosti m i n, gdje je n = y i m = x + y, to su odgovarajuće Pitagorine trojke dane formulama (7) (a, b, c) = (x 2 + 2xy, 2y(x + y), (x + y) 2 + y 2 ). Analogno, posmatrajući drugi slučaj, dobijamo ponovo istu Pellovu jednačinu x 2 2y 2 =, gdje je x = m + n i y = m, pa su odgovarajuće Pitagorine trojke dane formulama (8) (a, b, c) = (2xy x 2, 2y(x y), (x y) 2 + y 2 ).

Pellova jednačina i Pitagorine trojke 67 Zaključujemo da svako rješenje (x, y) Pellove jednačine x 2 2y 2 = daje dvije primitivne Pitagorine trojke dane formulama (7) i (8). Pogledajmo prvih 0 primitivnih Pitagorinih trojki kod kojih su katete uzastopni prirodni brojevi. x y m n a b c 3 2 2 3 4 5 5 2 2 20 29 7 2 2 5 9 20 69 29 2 697 696 985 99 70 70 29 4059 4060 574 69 70 2366 23660 3346 577 408 408 69 37903 37904 95025 985 408 80376 803760 36689 3363 2378 2378 985 4684659 4684660 662509 574 2378 2730497 2730496 3863965 Pogledajmo sada slučaj kada se dužine kateta razlikuju za neki prirodan broj k >. I tada imamo dva slučaja a b = ±k. Analogno kao u slučaju k =, dobijamo, u ovom slučaju pellovsku, jednačinu x 2 2y 2 = k čije svako rješenje generira po dvije primitivne Pitagorine trojke s traženim svojstvom dane formulama (7) i (8), uz napomenu da se uzimaju samo Pitagorine trojke u prirodnim brojevima. Primjer 4. Odrediti nekoliko prvih primitivnih Pitagorinih trojki kod kojih se dužine kateta razlikuju za 7. Rješenje: Da bismo odredili Pitagorine trojke kod kojih se dužine kateta razlikuju za 7 trebamo riješiti pellovsku jednačinu x 2 2y 2 = 7 čije svako rješenje generira po dvije primitivne Pitagorine trojke s traženim svojstvom, s tim da posmatramo samo one Pitagorine trojke koje su u prirodnim brojevima. Imamo da x {0, ±, ±2, ±3} i y {0, }. Direktnom provjerom dobijamo da su fundamentalna rješenja 3+ 2 i 3+ 2, pa su sva rješenja pellovske jednačine x 2 2y 2 = 7 dana s x + y 2 = ±(3 + 2)(3 + 2 2) n i x + y 2 = ±( 3 + 2)(3 + 2 2) n, n Z. Na osnovu ovih rješenja sada možemo generirati sve primitivne Pitagorine trojke kod kojih se dužine kateta razlikuju za 7. Prvih devet takvih Pitagorinih trojki je prikazano u sljedećoj tabeli.

68 A. Duraković, B. Ibrahimpašić x y m n a b c 3 2 3 N 4 5 4 5 8 7 5 3 3 2 5 2 3 8 3 55 48 73 3 9 9 4 65 72 97 22 9 403 396 565 27 9 9 8 297 304 425 46 9 755 748 2477 75 53 53 22 2325 2332 3293 28 53 3575 3568 993 Ako pogledamo pellovsku jednačinu x 2 2y 2 = 0, imamo da x {0, ±, ±2, ±3, ±4} i y {0,, 2}, pa direktnom provjerom dobijamo da ona nema rješenja. To znači da ne postoji primitivna Pitagorina trojka kod koje se dužine kateta razlikuju za 0. Literatura [] E. J. Barbeau: Pell s Equation, Springer Verlag, New York, 2003. [2] H. Dubner, T. Forbes: Prime Pythagorean triangles, Journal of Integer Sequences, Vol. 4(200) [3] B. Ibrahimpašić, A. Zolić: Euklidov algoritam i njegova primjena, Nastava matematike, LVIII 2(203), 4 23. [4] W. Sierpinski: Pythagorean Triangles, Dover Publications Inc., New York, 2003. Primljeno 7.05.203; Dostupno na internetu 24.06.203.