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连分数法解佩尔方程特解

$$x^2-Dy^2=1,\  D为正整数$$

特解是指佩尔方程的最小整数解,容易发现当x最小的时候y也同样达到最小。

在一般情况下,佩尔方程的特解是通过暴利枚举方法得到的,本文将介绍如何用应用连分数法求特解。

本文将不涉及证明,只介绍方法。

三、连分数法

一个实数的简单连分数表示,是指将一个实数用以下方法表示:

$$x = a_0+\frac{1}{a_1 + \frac{1}{a_2+\frac{1}{a_3+...}}}$$

可以把连分数简记为:$x = [a_0;a_1, a_2, a_3...]$.

有理数的连分数有两种表示形式:

$$\frac{p}{q} = [a_0;a_1, a_2, a_3, ...,a_n,1] 或 [a_0;a_1, a_2, a_3, ..., a_n+1]$$

所有无限连分数都是无理数,而所有无理数都可以用一种精确的方式表示成无限连分数,可以用这种方法逼*,无理数的值。

可以证明:一个非完全*方数的*方根是以周期性呈现的:

比如:

连分数法解佩尔方程特解

简写为:

$$\sqrt 22 = [4;1,2,4,2,1,8]$$

在之后就会循环出现1,2,4,2,1,8

我们不妨这样记这种连分数的形式:

$$\sqrt22 = [4;<1,2,4,2,1,8>]$$

显然循环节的长度是6

并且还有个重要的特点:这个循环节一定是 $a_1$ 开始,且最后一个数 $a_n$ 一定是 $a_0$ 的2倍。

我们将 $\sqrt D$ 写成连分数的形式:(相当于用连分数无线逼**方根)

 $$\sqrt D =  [a_0;<a_1, a_2, ..., a_{n-1},2a_0>]$$

并且我们记:

$$\frac{p}{q} = [a_0; a_1, a_2, ..., a_{n-1}]$$

(关于计算p,q:只要按照连分数的展开形式,迭代计算即可)

其中如果记循环节长度为s

那么有如下结论:

1、如果s为偶数时。最小特解为:

$$x_0 = p, y_0 = q$$

2、如果s为奇数时,最小特解为:

$$x_0 = 2p^2+1, y_0 = 2pq$$

我们希望得到准确的连分数展开,那么关键在于不用浮点型计算。

接下来以 $\sqrt {22}$ 为例:

连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解
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 按照这种方式,我们计算出了的连分数:$\sqrt {22} = [4;<1,2,4,2,1,8>]$.

然后可以计算出来:

$$\frac{197}{42} = [4;1,2,4,2,1]$$

由于循环节长度6是偶数,那么佩尔方程 $x^2 -22y^2 = 1$ 的最小特解是:$x_0 = 197, y_0 = 42$.

之后我们参照上面的例子,很容易设计出计算连分数的算法。

结果很大1000以内好多结果都超long long了。。。要改成大数才行。。。

一个java打表的代码:

连分数法解佩尔方程特解
连分数法解佩尔方程特解

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