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设a,b,c是正整数, 求gcd(a²+b²+c²,abc)的所有可能值


IP属地:北京来自Android客户端1楼2025-03-30 21:02回复
    题目挺短, 数之谜没人回答, 所以转发过来了, 我猜结果是使得rad(n)/rad(n/rad(n))没有4k+3型素因子的所有正整数n
    也就是在n的标准分解中, 指数为1的素因子只有2或4k+1型素因子


    IP属地:北京来自Android客户端2楼2025-03-30 21:04
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      对满足2楼要求的正整数n, 可以设S表示所有不整除n的素数组成的集合, 再将n的素因子p分为3类: 分别设
      P表示ordp(n)为奇数且p≡-1(mod 4)的素数p组成的集合
      Q表示ordp(n)为奇数且p≠-1(mod 4)的素数p组成的集合
      R表示ord(n)为正偶数的素数p组成的集合
      分别设P中所有素数乘积为u, Q中所有素数乘积为v, R中所有素数乘积为w, 如果是空集, 对应的乘积设为1, 先证明存在正整数a,b,c满足:
      (1)对任意p∈P, ordp(a²+b²+c²)=1, ordp(abc)=0
      (2)对任意p∈Q, ordp(a²+b²+c²)=1, ordp(ab)=0, ordp(c)=1
      (3)对任意p∈R, ordp(a²+b²+c²)=0, ordp(ab)=0
      (4)对任意p∈S, ordp(gcd(a²+b²+c²,abc))=0
      这是因为, 对p∈P, 同余方程x²+y²+z²≡p(mod p²)总存在x,y,z都与p互素的模p²的解
      对p∈Q, 同余方程x²+y²≡p(mod p²)总存在x,y都p互素的模p²的解
      对p∈R, 同余方程x²+y²+z²≠0(mod p)总存在x,y都与p互素的模p的解
      再由CRT可知, 总存在模u²v²w的与uvw互素的剩余类A(mod u²v²w), B(mod u²v²w), 以及模u²vw的与uv互素的剩余类C(mod u²vw), 使得任意满足
      a≡A(mod u²v²w), b≡B(mod u²v²w), c≡vC(mod u²v²w)
      的正整数a,b,c, 都满足要求(1)(2)(3)
      由于A(mod u²v²w)和B(mod u²v²w)都与uvw互素, 所以可以分别在这两个剩余类中各取一个正整数a≡A(mod u²v²w)和b≡B(mod u²v²w), 使得a与b互素
      然后再设a在S中所有素因子的乘积为s₁, b在S中所有素因子的乘积为s₂, a²+b²在S中所有素因子的乘积为s₃, 联立以下同余方程
      c≡vC(mod u²v²w), c≠0(mod s₃), c²+a²≠0(mod s₂), c²+b²≠0(mod s₁)
      由于a,b互素, 所以a,b也都与a²+b²互素, 所以s₁,s₂,s₃两两互素, 它们的素因子都属于S, 所以都与u²v²w互素, 由CRT可知这个同余方程组有解, 取其中一个正整数作为c
      这时若gcd(a²+b²+c², abc)有属于S的素因子p, 若p|a, 则p|b²+c², 与p|s₁, b²+c²≠0(mod s₁)矛盾, 同理若p|b, 则p|a²+c², 与p|s₂, a²+c²≠0(mod s₂)矛盾; 若p|c, 则p|a²+b², 与p|s₃, c≠0(mod s₃)矛盾.
      所以这样的正整数a,b,c满足要求(4)


      IP属地:北京来自Android客户端5楼2025-04-03 18:41
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        接下来再令n/uv=d², d是完全平方数, 取a'=ad, b'=bd, c'=cd, 则gcd(a'²+b'²+c'², a'b'c') = d²*gcd(a²+b²+c², abcd)
        d|n, 没有S中的素因子, 而gcd(a²+b²+c²,abc)与S中的素因子互素, 所以gcd(a²+b²+c², abcd)没有S中的素因子
        对P中的素因子p, 由2楼的要求可知p|n/uv, 则p|d, 而ordp(a²+b²+c²)=1, 所以ordp(gcd(a²+b²+c², abcd))=1
        对Q中的素因子p, 由ordp(a²+b²+c²)=ordp(c)=1可知ordp(gcd(a²+b²+c², abcd))=1
        由于a²+b²+c²不被R中的素因子整除, 所以gcd(a²+b²+c², abcd)也没有R中的素因子
        综上所述gcd(a²+b²+c², abcd)=uv, 则gcd(a'²+b'²+c'², a'b'c') =d²*uv = n, 说明符合2楼条件的正整数n都满足题目要求


        IP属地:北京来自Android客户端6楼2025-04-03 18:41
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          若存在素数p≡-1(mod 4), 以及正整数a,b,c, 使得ordp(gcd(a²+b²+c², abc)) =1, 则min{ordp(a²+b²+c²), ordp(abc)}=1
          由p|abc可以设p|c, 再由p|a²+b²+c²可得p|a²+b², 但因为p≡-1(mod 4),所以只可能p|a且p|b, 这时p³|abc, p²|a²+b²+c², 与min{ordp(a²+b²+c²), ordp(abc)}=1矛盾
          所以gcd(a²+b²+c², abc)不会含有某个4k-1型素因子的指数为1, 说明2楼的要求是必要的


          IP属地:北京来自Android客户端7楼2025-04-03 18:54
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