1。設k是給定的自然數,試問不等式
|x|+|y|<=k(x不等於y)的整數解有多少組?
解:為了解決這個問題,先考慮一下一個簡單的問題,以便於探索解題的路徑。
把|x|+|y|<=k(x不等於y)設為不等式①
令k=1,考慮下面的簡化的問題:
|x|+|y|<=1(x不等於y)②的整數解有多少組?
經過簡化後的問題就容易解決。因為x,y均為整數,所以不等式②就是
|x|+|y|=0,③或|x|+|y|=1。④
方程③的整數解是x=y=0,由於x不等於y,所以它不是不等式②的解。方程④的整數解有四組:
第一組:x1=0,y1=1;第二組:x2=0,y2=-1
第三組:x3=1,y3=0;第四組:x4=-1,y4=0
所以,它們都是不等式②的解。因此不等式②的整數解共有四組。
透過簡化了的問題,可以把不等式的問題轉化為不定式方程的問題。
因|x|+|y|<=k,而且x,y都是整數,所以|x|+|y|的值可能等於0~k。
若|x|+|y|=0,則x=y=0,因為x不等於y,所以它不是不等式①的解。
若|x|+|y|=1,則|y|=1-|x|。顯然,這時就有4×1組整數解:
第一組:x1=0,y1=1;第二組:x2=0,y2=-1;
第三組:x3=1,y3=0;第四組:x4=-1,y4=0。
這四組解都是不等式①的解。
若|x|+|y|=2,則|y|=2-|x|。此時有4×2-2組滿足不等式①的解:
第一組:x1=0,y1=2;第二組:x2=0,y2=-2;
第三組:x3=1,y3=-1;第四組:x4=-1,y4=1;
第五組:x5=2,y5=0;第六組:x6=-2,y6=0。
用同種方法,可得:
若|x|+|y|=3,則不等式①的整數解4×3組。
若|x|+|y|=4,則不等式①的整數解4×4-2組。
………………………………………………
若|x|+|y|=k,當k為奇數時,不等式①的解有4k組;當k為偶數時,不等式①的解有(4k-2)組。
所以,當k為奇數時,不等式①的整數解共有:
[4×1+4×3+…+4×k]+[(4×2-2)+(4×4-2)+…+4(k-1)-2]
=4(1+2+…+k)-2•(k-1)/2
=2k^2+k+1 (組)。
當k為偶數時,共有:
[4×1+4×3+…+4(k-1)]+[(4×2-2)+(4×4-2)
+…+(4k-2)]
=4(1+2+3+…+k)-2•k/2=2k^2+k (組)。
此題完畢。