«Квант» — научно-популярный физико-математический журнал (издаётся с 1970 года)
Старый сайт журнала: kvant.ras.ru

Задача М552

Условие задачи (1979, № 3) Задача М552 // Квант. — 1979. — № 3. — Стр. 32; 1980. — № 2. — Стр. 36—37.

  1. Найдите хотя бы одну пару $(p, q)$‍‍ целых чисел, отличных от нуля, для которой трёхчлены $x^2+px+q$‍‍ и $x^2+qx+p$‍‍ имеют целые корни.
  2. Найдите все такие пары $(p,q)$‍.

Э. Туркевич


Решение задачи (1980, № 2) Задача М552 // Квант. — 1979. — № 3. — Стр. 32; 1980. — № 2. — Стр. 36—37.

Мы будем решать сразу пункт б). Пусть $x_1$‍,$x_2$‍,$y_1$‍,$y_2$‍‍ — целые корни трёхчленов $x^2+px+q$‍‍ и $x^2+qx+p$‍‍ соответственно. По теореме Виета $$ x_1+x_2=-p,\quad y_1+y_2=-q,\quad x_1x_2=q,\quad y_1y_2=p. $$ Разделив произведение первых двух равенств на произведение двух других ($pq\ne0$‍),‍ получим: $$ \left(\dfrac1{x_1}+\dfrac1{x_2}\right)\left(\dfrac1{y_1}+\dfrac1{y_2}\right)=1. $$

Не ограничивая общности, можно считать, что $\left|\dfrac1{x_1}+\dfrac1{x_2}\right|\ge1$‍‍ и $\left|\dfrac1{x_1}\right|\ge\dfrac12$‍,‍ т. е. $|x_1|\le2$‍.

Возможны два случая: $|x_1|=1$‍‍ и $|x_1|=2$‍.

1°. Пусть $|x_1|=1$‍.‍ Тогда из неравенства $\left|\dfrac1{x_1}+\dfrac1{x_2}\right|\ge1$‍‍ получаем $|x_2|=n$‍,‍ где $n\in\mathbb{N}$‍,$x_1x_2\gt0$‍.‍ Отсюда по теореме Виета для первого трёхчлена получаем $p=\pm(n+1)$‍,$q=n$‍.‍ Трёхчлен $x^2+nx-(n+1)$‍‍ имеет целые корни при всех $n\in\mathbb{N}$‍,‍ а трёхчлен $x^2+nx+n+1$‍‍ имеет целые корни лишь при $n=5$‍.‍ Действительно, дискриминант этого трёхчлена $(n-2)^2-8$‍‍ должен быть полным квадратом: $(n-2)^2-8=b^2$‍,‍ т. е. $(n-2)^2-b^2=8$‍;‍ отсюда $(n-2-b)(n-2+b)=8$‍,‍ причём $n\in\mathbb{N}$‍‍ и $b\in\mathbb{N}$‍.‍ Поэтому $$\left\{\begin{array}{l} n-2-b=2\\ n-2+b=4 \end{array}\right. \quad\Rightarrow\quad n=5. $$

2°. Пусть $|x_1|=2$‍.‍ Тогда из неравенства $\left|\dfrac1{x_1}+\dfrac1{x_2}\right|\ge1$‍‍ следует, что $|x_2|\le2$‍.‍ Случай $|x_2|=1$‍‍ с точностью до обозначений рассмотрен выше, а случай $|x_2|=2$‍‍ приводит к парам $(4,4)$‍‍ и $(-4,4)$‍,‍ вторая из которых не подходит (у многочлена $x^2+4x-4$‍‍ — не целые корни).

Итак, полный ответ в задаче б): пары $(4,4)$‍;$(5,6)$‍;$(n,-n-1)$‍,$n\in\mathbb{Z}$‍.

Э. Туркевич


Метаданные Задача М552 // Квант. — 1979. — № 3. — Стр. 32; 1980. — № 2. — Стр. 36—37.

Предмет
Математика
Условие
Решение
Номера

1979. — № 3. — Стр.  [условие]

1980. — № 2. — Стр.  [решение]

Описание
Задача М552 // Квант. — 1979. — № 3. — Стр. 32; 1980. — № 2. — Стр. 36‍—‍37.
Ссылка
https://www.kvant.digital/problems/m552/