MathLabs

第5题

设 aa 与 bb 为正整数。证明:若 4ab−14ab-1 整除 (4a2−1)2(4a^2-1)^2,则 a=ba=b。
第 2/3 步:通过模同余恒等式证明坏对的对称性
通俗地说

在模 4xy−14xy-1 下,把 4y2−14y^2-1 中的 11 替换为 (4xy)2(4xy)^2 会提出 4y24y^2 并留下 1−4x21-4x^2,从而把整除性从 (4x2−1)2(4x^2-1)^2 转移到 (4y2−1)2(4y^2-1)^2。

4xy≡1(mod4xy−1)  ⟹  (4y2−1)2≡(4y2−(4xy)2)2=16y4(4x2−1)2≡0(mod4xy−1)4xy \equiv 1 \pmod{4xy-1} \implies (4y^2-1)^2 \equiv \big(4y^2-(4xy)^2\big)^2 = 16y^4(4x^2-1)^2 \equiv 0 \pmod{4xy-1}
详细分析

设 (x,y)(x,y) 为任意坏对。在模 4xy−14xy-1 下,1≡(4xy)21 \equiv (4xy)^2,于是由 4xy−1∣(4x2−1)24xy-1 \mid (4x^2-1)^2 得 (4y2−1)2≡(4y2−(4xy)2)2=16y4(4x2−1)2≡0(mod4xy−1)(4y^2-1)^2 \equiv \big(4y^2 - (4xy)^2\big)^2 = 16y^4(4x^2-1)^2 \equiv 0 \pmod{4xy-1}。因此 4yx−1∣(4y2−1)24yx-1 \mid (4y^2-1)^2 且 y≠xy \ne x,即 (y,x)(y,x) 也是坏对。