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分数的拆分

随笔 2019-11-09 13:30:30 魔数师说 20691 0
摘要:本文针对分母为四位数的分数等式1/□□□□+1/1988=1/□□□□,通过简化问题,推导出形如1/X+1/Y=1/Z的一般解公式:X=R(R+S)T,Y=S(R+S)T,Z=R·S·T(R,S,T为自然数),并建议读者用此公式求解原题。

下面算式中,所有分母都是四位数。请在每个方格中各填入一个数字,使等式成立。

$\frac {1} {□□□□}+\frac {1} {1988}=\frac {1} {□□□□}$

【解法】本题中,三个分数的分母都是四位数、不能立刻看出结果,因此有必要将问题先简化一下。

我们知道,如果将三个分数的分母同时扩大或缩小相同的倍数,等式照样成立。这就启发我们一种化简的方法,使分母尽量变得简单。

自然的想法是将1988这个数做质因数分解。

给出解的一般公式,以供参考。


设$X$,$Y$,$Z$为三个自然数,适合$\frac {1} {X}+\frac {1} {Y}=\frac {1} {Z}\\tag{1}$

求$X$,$Y$,$Z$的一般形式.


[解]由(1)式可知:

$\frac{1}{X} < \frac{1}{Z}, \frac{1}{Y} < \frac{1}{Z}\tag{2}$

因此,$X>Z$,$Y>Z$,由此不妨设

$X=Z+U,Y=Z+V\\tag{3}$ 

其中$U>0$,$V>0$.

将(3)式代入到(1)式中, 我们有

$\frac{1}{X} + \frac{1}{Y} =\frac{1}{Z+U} + \frac{1}{Z+V} = \frac{2Z+U+V}{(Z+U)(Z+V)}=\frac{1}{Z}\tag{4}$

即$(2Z+U+V)Z=(Z+U)(Z+V)=Z^2+ZU+ZV+UV \tag{5}$

化简后可得:

$Z^2=UV\tag{6}$

设U和V有最大公约数为T,则

$U=U_1·T,V=V_1.T \tag{7}$

其中$U_1$和$V_1$互质。

将(5)式代入到(6)式中,可以得到

$Z=Z_1T \tag{8}$

而$Z_1$,$U_1$,$V_1$适合方程

$Z_1^2=U_1 \cdot V_1 \tag{9}$


因为$U_1$和$V_1$互质,即只有公因数1,从(9)可知$U_1$和$V_1$均为平方数,也就说,一般解为

$U_1=R^2,V_1=S^2,Z_1=R \cdot S \tag{10}$

将(10)式代入到(3)式中,我们有一般解:

$ X=R(R+S)T,  Y=S(R+S),  Z=R·S·T   \tag{11}$

其中$R$,$S$,$T$均为自然数。

有兴趣的读者不妨用一般公式试试求本题的解。

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