2021=3*x/y+3x? Meine Frage ist nun, ob es einen Algorithmus gibt mit dem man alle ganzen Zahlen (Z) für x und y findet, die diese Gleichung erfüllen?

3 Antworten

Idee: Löse die Gleichung nach x auf. Untersuche für welche ganzen Zahlen y man mit dieser aufgelösten Gleichung einen ganzzahligen x-Wert erhält.

(Also das wäre hier quasi sowas wie ein entsprechender Algorithmus: 1. Schritt: Gleichung nach x auflösen. 2. Schritt: Untersuchen für welche ganzen Zahlen y man ganze Zahlen x erhält. 3. Schritt: Mit diesen y-Werten und der aufgelösten Gleichung jeweils den x-Wert berechnen.)

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y = 0 ist offensichtlich nicht im Definitionsbereich und damit auch nicht Teil einer Lösung. Für y = -1 erhält man 2021 = 0, was eine falsche Aussage ist, weshalb auch y = -1 nicht Teil einer Lösung sein kann. Deshalb kann man im Folgenden y ∉ {0, -1} annehmen.

Für y ∈ ℤ ∖ {0, -1} kann man die Gleichung



nach x auflösen und erhält äquivalent zu dieser Gleichung...



Nun soll x eine ganze Zahl sein, was genau dann der Fall ist, wenn 3 ⋅ (y + 1) ein Teiler von 2021 ⋅ y ist. Insbesondere müssen 3 und y + 1 beides Teiler von 2021 ⋅ y sein.

Für y ∈ ℤ ∖ {0, -1} ist ggT(y, y + 1) = 1. Da also y und y + 1 teilerfremd sind, ist y + 1 genau dann ein Teiler von 2021 ⋅ y, wenn y + 1 ein Teiler von 2021 ist. Mit der Primfaktorzerlegung 2021 = 43 ⋅ 47 kann man schnell die Teiler von 2021 finden...



Dies sind also die einzigen Zahlen, die für y + 1 in Frage kommen. Dementsprechend erhält man dann die zugehörigen y-Werte, und daraus wiederum mit x = (2021 ⋅ y)/(3 ⋅ (y + 1)) die entsprechenden x-Werte.

[Da die Primzahl 3 kein Teiler von 2021 ist, muss 3 ein Teiler von y sein, damit 3 ein Teiler von 2021 ⋅ y ist. Damit erhält man ein weiteres Kriterium, mit welchem man die Kandidaten weiter aussortieren kann. Aber spätestens bei der Berechnung des x-Wertes merkt man dann sowieso, dass man bei entsprechend auszuschließenden Kandidaten keine ganze Zahl für x erhält, weshalb ich mir das spare und einfach den x-Wert berechne.]

  • y + 1 = 1 liefert y = 0, was wegen y ∈ ℤ ∖ {0, -1} ausgeschlossen ist.
  • y + 1 = -1 liefert y = -2 und x = 4042/3, wobei 4042/3 jedoch keine ganze Zahl ist.
  • y + 1 = 43 liefert y = 42 und x = 658.
  • y + 1 = -43 liefert y = -44 und x = 2068/3, wobei 2068/3 jedoch keine ganze Zahl ist.
  • y + 1 = 47 liefert y = 46 und x = 1978/3, wobei 1978/3 jedoch keine ganze Zahl ist.
  • y + 1 = -47 liefert y = -48 und x = 688.
  • y + 1 = 2021 liefert y = 2020 und x = 2020/3, wobei 2020/3 jedoch keine ganze Zahl ist.
  • y + 1 = -2021 liefert y = -2022 und x = 674.

Ergebnis: Die einzigen ganzzahligen Lösungen der Gleichung sind...



Offensichtlich muss 3x/y ganzzahlig sein und in der Restklasse 2 (mod 3) liegen, also 3x/y=3z+2 (z∈ℤ). So kommt man auf

673=z+x

wobei y=3x/(3z+2) ganzzahlig sein muss. Insbesondere muss dazu 3z+2 ein Teiler von x sein, also gilt |3z+2|≤|x|. Das schränkt den Wertebereich auf |3z+2|≤|673–z| ein: z∈[–337, 167] bzw. x∈[506, 1110].

Mit Durchprobieren findet man nun die ganzzahligen Lösungen

(x,y) ∈ { (658, 42), (674, -2022), (688, -48) }

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mihisu hat mit einer etwas geschickteren Umformung dieselben Lösungen mit weniger Probieren gefunden. Das ist zweifellos eleganter; aber ich bin einfach zu alt/faul für sowas und werfe Python an, sobald ich den Suchbereich auf unter 1 Milliarde Möglichkeiten eingegrenzt habe :)

Wie wäre es wenn du das ganze in eine Geradengleichung umwandelst und dir mal die Steigung anschaust?

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Dipl.Math.
Morningstar1 
Fragesteller
 17.07.2021, 19:24

wenn man nach y umformt. Erhält man eine Funktion f(x)=3x*1/(2021-3x)

Die Idee ist nicht schlecht, leider weiß ich noch nicht wie mir das weiterhelfen soll.

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DerRoll  17.07.2021, 19:28
@Morningstar1

Wenn du gleich richtig geklammert hättest hätte ich die Antwort so nicht gegeben. Hinweis: wenn du einen Bruchstrich einfach mal eben so schreibst gehe ich davon aus dass alles folgende unter dem Bruchstrich steht. Der Brduchstrich ersetzt nämlich die Klammer.

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Morningstar1 
Fragesteller
 17.07.2021, 19:31
@DerRoll

Vollkommen richtig, finde es nur sehr unübersichtlich Gleichungen per Computer zu schreiben. Ich wollte es nur übersichtlicher machen. ;)

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DerRoll  17.07.2021, 19:34
@Morningstar1

Tja, das war nicht nur nicht übersichtlicher, sondern mathematisch falsch. Damit sorry.

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Roderic  17.07.2021, 19:29

... ergibt leider keine Gerade sondern eine Hyperbel.

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