∑

数学知识体系

Observatory Archive of Mathematics
⌕2026/8/31
概念

佩尔方程

x² - Dy² = 1 有无穷多组整数解,解由基本解与连分数生成,是二次域单位理论的入口。

所属主题:初等数论 ↗
阅读路径

参考可汗学院 Get ready 机制:先修概念 → 当前概念 → 进阶概念,✓ 表示已读。

当前概念

佩尔方程初等数论

01定义

x2−Dy2=1x^2-Dy^2=1(DD 非平方正整数)总有无穷多组正整数解:基本解由 D\sqrt{D} 的连分数展开给出,其余解由 x1+y1Dx_1+y_1\sqrt{D} 的幂次生成——二次域 Q(D)\mathbb{Q}(\sqrt{D}) 单位群的完整肖像。
(3,2)·D=2 (17,12) (99,70)… x² − 2y² = 1 的整数解沿双曲线指数级稀疏散布
双曲线上的整数点:幂次生成无穷解

02核心要点

01

连分数解法

D\sqrt{D} 的连分数循环节长为 mm:第 m−1m-1(或 2m−12m-1)个渐近分数即基本解;D=61D=61 时基本解高达 (1766319049,226153980)(1766319049, 226153980)——印度数学家 12 世纪已然掌握。

02

幂次生成

全部正解由 (x1+y1D)n(x_1+y_1\sqrt{D})^n 生成:范数 1 元素的乘法封闭性使解构成无限循环群——二次域单位群的秩 1 实例。

03

狄利克雷单位定理

佩尔方程是单位定理的雏形:数域单位群 ≅\cong 有限群 ×Zr\times\mathbb{Z}^r,r=r1+r2−1r=r_1+r_2-1;实二次域 r=1r=1,故解群循环。

03关键公式

xn+ynD=(x1+y1D)n,n=1,2,…x_n+y_n\sqrt{D}=(x_1+y_1\sqrt{D})^{n},\quad n=1,2,\dots

04历史沿革

阿基米德「牛问题」已含其雏形;印度婆罗摩笈多(7 世纪)与婆什迦罗二世(12 世纪)给出循环算法;费马 1657 年向欧洲发难,欧拉误将沃利斯的学生佩尔冠名。

05应用与延伸

丢番图逼近(D\sqrt{D} 的最佳有理逼近)、二次域单位群的计算、整数分解的连分数方法、希尔伯特第十问题不可判定性证明中的指数函数编码。

06交互演示

佩尔方程:x² − n·y² = 1 的整数解增大 n,观察格点整数解变得越来越稀有

07相关概念