欧拉函数 φ(n)是数论中重要内容之一,其在理论研究和实际应用中都有着十分重要的意义[1].对于包含欧拉函数φ(n)的方程的正整数解的研究有着大量的研究成果,如文献[2-8].在将 Lehmer同余式从模素数的平方推广到模任整数的平方时[9],Cai[10]引入了广义欧拉函数 φe(n).对于广义欧拉函数φe(n)的性质以及方程解的研究,有文献[11-16]进行了一定的研究,为探讨欧拉函数φ(n)与广义欧拉函数φe(n)结合的性质,本文将讨论广义欧拉函数 φ3(n)与欧拉函数 φ(n)混合方程式
的可解性问题.
(2)当x,y中都不满足,且引理1中情况(1)中的β=ω(n)-α-1=0,1时,式(1)只在 k=2、3、4、5、6、8 时有整数解,且
当 k=2 时,式(1)有整数解 (x,y)=(1,3)、(1,4)、(1,6)、 (2,3)、 (3,1)、 (4,1)、 (6,1)、 (3,2)、(1,10)、(10,1)、(3,4)、(4,3);
当 k=3 时,式(1)有整数解 (x,y)=(3,3)、(3,6)、(6,3);
当 k=4 时,式(1)有整数解 (x,y)=(1,5)、(1,8)、(1,12)、(2,5)、(5,1)、(8,1)、(12,1)、(5,2)、(1,20)、(1,30)、(20,1)、(30,1)、(2,4)、(2,6)、(4,2)、(6,2)、(2,10)、(10,2)、 (3,5)、(3,8)、(5,3)、(8,3)、(3,16)、(16,3)、(3,22)、(22,3);
当 k=5 时,式(1)有整数解 (x,y)=(2,22)、(22,2)、(3,11)、(11,3)、(3,25)、(25,3);
当 k=6 时,式(1)有整数解 (x,y)=(3,12)、(12,3)、(3,15)、(3,24)、(15,3)、(24,3);
当 k=8 时,式(1)有整数解 (x,y)=(2,8)、(2,12)、(8,2)、(12,2)、(2,20)、(2,30)、(20,2)、(30,2)、 (3,48)、 (48,3)、 (3,51)、 (3,96)、 (51,3)、(96,3)、 (3,30)、 (30,3)、 (3,132)、 (3,150)、(132,3)、(150,3).
证明 当 x,y中至少有一数≤3时,若求出1≤x≤3情况下式(1)的整数解,则由对称性就可得到1≤y≤3情况下的整数解,下文将就1≤x≤3的情况进行讨论,此时有当1≤x≤2时有φ3(x)=0,当 x=3时有 φ3(x)=1,而 φ(y)≥2为偶数.当 β = ω(n)-α-1=0,1时,φ3(x)与φ3(y)的值可能为或
情况1.2.5 当时,由式(1)可得
由式(9)有:当k=5时有φ(y)=10;当k=4时有 φ(y) =4;当 k=3时有 φ(y) =2.当φ(y)=2时,有, 故 φ(y)=2舍去.当 k=5,φ(y)=10时,式(1)有整数解 (x,y)=(2,22).由对称性可得此时式(1)有整数解(x,y)=(22,2). 当 k=4,φ(y)=4 时,此时 y=5、8、10、12, 但是 (2,5) =1,y=8,12 不会使得
成立,故式(1)有整数解(x,y)=(2,10).由对称性可得此时式(1)有整数解 (x,y)=(10,2).
情况2.1.1 当时,由式(11)有(6-k)φ(y)=3k.此时可得只当 k=4时,式(1)有整数解 (x,y)=(3,7)、(3,14). 由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(7,3)、(14,3).
情况 2.1.2 当时,由式(11)有 (6-k)φ(y)=2k.此时当k=4时,式(1)有整数解 (x,y)=(3,5)、(3,8). 由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(5,3)、(8,3); 当 k=5 时,式(1)有整数解(x,y)=(3,11).由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(11,3).
情况 2.1.3 当时,由式(11)有 (6-k)φ(y)=4k.此时式(1)可得,当k=2时,有整数解(x,y)=(3,4),由对称性可得有整数解 (x,y) = (4,3); 当 k = 4 时,有整数解(x,y)=(3,16), 由对称性可得有整数解 (x,y)=(16,3);当 k=5时,有整数解 (x,y)=(3,25),由对称性可得有整数解(x,y)=(25,3).
情况2.1.4 当时,由式(11)有(6-k)φ(y)=k.此时可得方程(1)无整数解.
情况2.1.5 当时,由式(11)有(6-k)φ(y)=5k.此时可得,只当k=4时式(1)有整数解(x,y)=(3,22).由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(22,3).
情况2.2.1 当时,由式(12)有 (9-k)φ(y)=3k.此时可得,当k=8时,式(1)有整数解 (x,y) =(3,39)、(3,45)、(3,72)、(3,78)、(3,84)、(3,90). 由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(39,3)、(45,3)、(72,3)、(78,3)、(84,3)、(90,3).
情况2.2.2 当时,由式(12)有(9-k)φ(y)=2k.此时式(1)可得,当k=6时,有整数解(x,y)=(3,12),由对称性可得有整数解(x,y)=(12,3);当 k=8 时,有整数解 (x,y)=(3,48).由对称性可得有整数解(x,y)=(48,3).
情况2.2.3 当时,由式(12)有 (9-k)φ(y)=4k.此时式(1)可得,当k=3 时,有整数解 (x,y)=(3,3)、(3,6),由对称性可得有整数解 (x,y)=(6,3);当 k=6时,有整数解(x,y)=(3,15)、(3,24), 由对称性可得有整数解(x,y)=(15,3)、(24,3); 当 k=8 时,有整数解(x,y)=(3,51)、(3,96), 由对称性可得有整数解(x,y)=(51,3)、(96,3).
情况2.2.4 当时,由式(12)有(9-k)φ(y)=k.此时可得,只当k=8时,式(1)有整数解(x,y)=(3,30),由对称性可得式(1)有整数解 (x,y)=(30,3).
情况2.2.5 当 时,由式(12)有(9-k)φ(y)=5k.此时可得,只当 k=8时,式(1)有整数解 (x,y)=(3,132)、(3,150). 由对称性可得式(1)有整数解 (x,y) =(132,3)、(150,3).
结合以上讨论,可得定理1.
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Solutions of an Equations on Generalized Euler Function φ3(n)