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隔板法解一类不定方程整数解的组数问题

2022-10-10浙江省嘉善第二高级中学314100鲁和平

中学数学研究(江西) 2022年9期
关键词:变形

浙江省嘉善第二高级中学 (314100) 鲁和平

高中学生在学习排列组合时,都会学习如何用隔板法解题,从而不可避免地遇到不定方程整数解的组数问题.由于此类问题变化很多,情形复杂,学生往往似懂非懂.如果我们从最简单的情形入手,拾级而上,环环相扣,就会掌握其内在规律.

一、回归原点

例1 方程x1+x2+x3+x4=12共有多少组正整数解?

评注:本题是隔板法最原始最基本的模型.把握两个必要条件:一是相同的元素,二是被隔板隔开的每一部分数目不小于“1”.充分理解这个模型,其它的类似问题迎刃而解.

二、迈开小步

例2 方程x1+x2+x3+x4=12共有多少组非负整数解?

评注:由“非负整数解”向“正整数解”过渡,只需换元.虽说只迈开了小小的一步,但给人的启发很大,后续变形都是稍作调整,如法炮制.

三、变更范围

例3 方程x1+x2+x3+x4=12满足“x1≥-1,x2≥3,x3≥-2,x4≥2”的整数解共有多少组?

评注:此题变形,只需把每个未知数的范围变为“大于等于1”就行了.突破此关,势如破竹.

四、变换关系

例4 方程x+y+z=2011满足x

评注:本题增加了限制条件“x

五、变更系数

例5 方程x1+x2+…+x99+2x100=3的非负整数解共有多少个?

评注:原来的不定方程的各个未知数系数均为“1”.本题虽说将x100的系数作了微调,但带来的影响是巨大的.分类讨论是主要办法.重在对排列数公式及组合数公式的深刻理解.

例6 求不定方程x1+x2+x3+3x4+3x5+5x6=21的正整数解的组数(2009年湖北省预赛第10题).

解:原方程即为(x1+x2+x3)+3(x4+x5)+5x6=21,令x1+x2+x3=x,x4+x5=y,x6=z,则x≥3,y≥2,z≥1.先考虑不定方程x+3y+5z=21满足x≥3,y≥2,z≥1的正整数解.因为x≥3,y≥2,z≥1,所以5z=21-x-3y≤12,则1≤z≤2.

①当z=1时,有x+3y=16,此方程满足x≥3,y≥2的正整数解为(x,y)=(10,2),(7,3),(4,4);

六、变更形式

④当x1=3时,方程……

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