Giáo án môn Toán Lớp 9 - Bài: Phương trình nghiệm nguyên

PHƯƠNG TRÌNH NGHIỆM NGUYÊN
 a) LÍ THUYẾT
 1a . Phép chia hết và phép chia có dư 
 1a.1) Hai số nguyên a và b ( b>0) . Khi chia a cho b ta có a chia hết cho b hoặc a không chia hết cho b
 + a chía hết cho b , kí hiêu a b .ta củng nói b chia hết a hay b là một ước của a , a là bội của b .
 + Định nghĩa : có số nguyên q sao cho a = bq
 + a không chia hết cho b thì khi chia a cho b ta được thương là q và số dư là r ( 0 < r < b) và viết : a = bq + r với 0 < r < b .
 Tổng quát : 
 + Với hai số nguyên a và b ( b > 0 ) luôn có hai số nguyên q và r ( 0 ≤ r < b) sao cho a = bq + r . Nếu r = 0 thì a chia hết cho b . Nếu r ≠ 0 thì a không chia hết cho b
 + Khi chia số nguyên a cho số nguyên b ( b >0) thì số dư r là một trong các b số từ 0 đến b – 1 .
 1a.2) Ước chung lớn nhất và bội chung nhỏ nhất
 + Định nghĩa : 
 - Số nguyên d là ước chung của a và b nếu d là ước của a và d là ước của b . 
 - Số nguyên dương lớn nhất trong tập hợp các ước chuung của a và b gọi là ước chung lướn nhất của a và b .Ước chung lớn nhất của a và b kí hiêu là ƯCLN(a ,b) hay (a,b) .
 - Số nguyên m là bội chung của a và b nếu m a và m b.
 - Số nguyên dương nhỏ nhất trong tập hợp các bội chung của a, và b gọi la bội chung nhỏ nhất của a và b . Bội chung nhỏ nhất của a và b kí hiêu là BCNN(a, b) hay [a , b]
 1a.3) Các tính chất về chia hết
 + Nếu (a, b) = 1 thì gọi a, b là hai số nguyên tố cùng nhau 
 + Số nguyên tố là số lớn hơn 1 chỉ có hai ước là 1 và chính nó
 Định lí cơ bản : Mội số nguyên lớn hơn 1 đều phân tích được ra thừa số nguyên tố một cách duy nhất ( không kể thứ tự các thừa số) .
 Định lí 1 : vơi a, b, c là các số nguyên dương
( ac , bc) = c(a,b)
 với c là ƯC(a, b)
 Định lí 2 : và (a,b) = 1 c b 
 Định lí 3 : , và (a,b) = 1 c 
 Định lí 4: Nếu (a, b) =d thì tồn tại hai số nguyên x0 , y0 sao cho 
 ax0 + by0 = d , x0 , y0 được xác định bằng thuật toán Ơ-clit
Thuật toán Ơ-clit :
a = bq + r với 0 ≤ r ≤ b – 1 thì (a,b) = (b, r)
 2a. Đa thức :
 + Định nghĩa đơn thức : sgk lớp 7
 + Định nghĩa đa thức : sgk lớp 7
 +Các hằng đẳng thức đáng nhớ :
(a b)2 = a2 2ab + b2
a2 – b2 = (a + b )( a – b )
( a b)3 = a3 3a2b + 3ab2 b3
a3 b3 = ( a b)( a2 ab + b2)
 + Phân tích đa thức thành các nhân tử
 3a. Lũy thừa với số mũ là số tự nhiên : sgk lớp 7
 + Định nghĩa
 + Các phép toán
 + Tính chất 
 4a. Phân thức
 + Định nghĩa : sgk lớp 8
 5a . Các phép biến đổi phương trình
 + Định nghĩa phương trình nhiều biến : sgk lớp 8
 + Định nghĩa nghiệm của phương trình : sgk lớp 8
 + Định nghĩa hai phương trình tương đương sgk lớp 8
 + Các phép đổi phương trình : sgk lớp 8
Phép chuyễn vế các hạn tử
Phép nhân một cố khác 0
 + Phương trình bậc hai và cách giải : sgk lớp 9
 6a. Căn thức bậc hai : sgk lớp 9
 + Định nghĩa
 + Các phép biến đổi
 b) CÁC DẠNG PHƯƠNG TRÌNH NGHIỆM NGHUYÊN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 
 1b. Phương trình bậc nhất hai ẩn ax + by = c (*) trong đó a,b nguyên khác 0
 Cách giải 1:
 + Nếu (a,b) = d ≠ 1 và c không chia hết cho d thì phương trình (*) vô nghiệm
 + Nếu (a, b, c) = d ≠ 1 Thì ta chia hai vế của phương trình (*)cho d để được phương trình đơn gian hơn .Ví dụ :
 6x + 4y = 14 3x + 2y = 7
 12x + 6y = 15 4x + 2y = 5
 + Nếu (a ,b) = 1 thì phương trình (*) có nghiệm nguyên và nghiệm được xác định là : 
 Trong đó t và (x0 ; y0) là một nghiệm riêng của phương trình (*)
 Xác định nghiệm riêng theo định lí 4 . 
 Chứng minh : 
 Ta có (a, b) = 1 có hai số nguyên p , q : ap + bq = 1 apc +bqc = c
 Mà ax + by = c nên : a(x – pc ) = b( qc – y) (1) , vì (a, b) = 1 
 ( x – pc ) có số nguyên t sao cho : x = pc +bt hay x = x0 + bt (2) 
 Với x0 = pc .
 Thay (2) vào (1) được : abt = b(qc – y) y = qc – at hay y = y0 – at với y0 = qc
 Ví dụ : Giải phương trình 40x + 31y = 1
 Giải :
 Ta có (40,31) = 1 nên phương trình có nghiệm nguyên 
 Tìm nghiệm riêng :
 40 = 31.1 + 9
 31 = 9.3 + 4
 9 = 4.2 + 1
 40.7 + 31.( -9) = 1 x0 = 7 , y0 = - 9 
 Phương trình có nghiệm x = 7 + 31t , y = - 9 – 40t với t Z
 Cách giải 2 : Dùng tính chất chia hết để xét các nghiệm và hệ số a, b , c
 Ví dụ : Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
 11x + 18y = 120
 Giải:
Ta thấy nên . Đặt x = 6k (k nguyên). Thay vào (1) và rút gọn ta được:
 11k + 3y = 20
Biểu thị ẩn mà hệ số của nó có giá trị tuyệt đối nhỏ (là y) theo k ta được:
Tách riêng giá trị nguyên của biểu thức này:
Lại đặt = t với t nguyên suy ra k = 3t + 1. Do đó:
Thay các biểu thức của x và y vào (1), phương trình được nghiệm đúng.
Vậy các nghiệm nguyên của (10 được biểu thị bởi công thức:
 với t là số nguyên tùy ý
Cách giải: 
Rút gọn phương trình, chú ý đến tính chia hết của các ẩn
Biểu thị ẩn mà hệ số của nó có giá trị tuyệt đối nhỏ (chẳng hạn x) theo ẩn kia.
Tách riêng giá trị nguyên ở biểu thức của x
Đặt điều kiện để phân bố trong biểu thức của x bằng một số nguyên , ta được một phương trình bậc nhất hai ẩn y và 
Cứ tiếp tục như trên cho đến khi các ần đều được biểu thị dưới dạng một đa thức với các hệ số nguyên
 2b). Phương trình bậc nhất ba ẩn
 Công nhận tính chất : Người ta chứng minh được rằng : Một phương trình bậc nhất n ẩn ( sau khi chia hai vế của phương trình cho UCLN của các hệ số của nó) có nghiệm nguyên khi và chỉ khi các hệ số của ẩn nguyên tố cùng nhau 
 Ví dụ 1: Giải phương trình 2x – 5y – 6z = 4 
 Giải :
 Phương trình có nghiệm nguyên vì (2,5,6) = 1
 Ta có ( 2, 5) = 1 nên đưa phương trình về dạng 
 2x – 5y = 4 + 6z
 Lấy z= u với u tùy ý Z , đặc c = 4 + 6u .Khi đó ta có phương trình 
 2x – 5y = c 
 Phương trình này có nghiệm riêng là x0 = 3c , y0 = c và nghiệm tổng quát là
 x = 3c – 5t , y = c – 2t với t Z
 Thay c = 4 + 6u vào nghiệm tổng quát của 2x – 5y = c ta có nghiệm tổng quát của phương trình 2x – 5y – 6z = 4 là
 Trong đó u ,t Z
 Ví dụ 2 : Phương trình có hệ số của 1ẩn bằng 1
 Giải phương trình 6x + y +3z = 15
Nhận xét : x , z lấy giá trị nghuyên bất kì thì khi đó ta củng có giá trị y nguyên tương ứng . Vậy phương trình có nghiệm tổng quát :
 Trong đó u ,t Z
 3b) Phương trình bậc hai hai ẩn
Ví dụ 1 Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
 5x – 3y = 2xy – 11
Giải: Biểu thị y theo x:
 (2x + 3)y = 5x + 11
Dễ thấy 2x + 3 0 ( vì x nguyên ) do đó:
Để phải có 
Ta có:
2x + 3
1
-1
7
-7
X
-1
-2
2
-5
Y
6
-1
3
2

Thử lại các cặp giá trị trên của (x , y) đều thỏa mãn phương trình đã cho.
Ví dụ 2:Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
Giải:
Cách 1: Đưa về phương trình ước số:
Ta có các nhận xét:
Vì (1) chùa y có số mũ chẵn nên có thể giả thiết rằng . Thế thì 
 nên và cùng tính chẵn lẻ. Tích của chúng bằng 12 nên chúng cùng chẵn.
 Với các nhận xét trên ta có hai trường hợp:
x – 1 + y
6
-2
x – 1 - y
2
-6
Do đó: 
x - 1
4
-4
y
2
2
x
5
-3
Đáp số: (5 ; 2), (5 ; -2), (-3 ; 2), (-3 ; -2)
Cách 2:
Viết thành phương trình bậc hai đối với x:
Điều kiện cần để (2) có nghiệm nguyên:
 là số chính phương 
Giả sử thì k + y k – y và k + y 0
(k + y) – (k – y) = 2y nên k + y và k – y cùng tính chẵn lẻ và phải cùng chẵn.
Từ các nhận xét trên ta có:
Do đó: y = 2
Thay vào (2): 
Ta có bốn nghiệm: (5 ; 2), (5 ; -2), (-3 ; -2), (-3 ; 2)
Ví dụ 4: Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
 (1)
Giải:
Viết thành phương trình bậc hai đối với x:
 (2)
Điều kiện cần và đủ để (2) có nghiệm nguyên là là số chính phương 
 (3)
 Giải (3) với nghiệm nguyên ta được 
Với y = 5 thay vào (2) được . Ta có: 
Với y = -3 thay vào (2) được . Ta có 
Đáp số: (-8 ; 5), (-6 ; 5), (6 ; -3), (4 ; -3)
4b) Phương trình chứa căn thức 
 Ví dụ 1: Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
Giải:
Điều kiện: 
Xét hai trương hợp:
Với x = 1 thì y =2.
Với thì 
Do đó:. Do nên có thể đặt x – 1 = với t nguyên dương.
Ta có: 
Kếtt luận: nghiệm của phương trình là: (1 ; 2), ( ; 2t) với t là số nguyên dương tùy ý.
Ví dụ 2: Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
Giải:
Ta có: 
Bình phương hai vế rồi chuyển vế:
Bình phương hai vế rồi chuyển vế:
Bình phương hai vế:
Ta biết rằng với x nguyên thì hoặc là số nguyên hoặc là số vô tỉ. Do nên không là số vô tỉ. Do đó là số nguyên và là số tự nhiên.
Ta có: 
Hai số tự nhiên liên tiếp và có tích là số chính phương nên số nhỏ bằng 0:
 = 0 
Suy ra: x = 0; y = 0 thỏa mãn phương trình đã cho.
Nghiệm của phương trình là (0 ; 0)
Ví dụ 3: Tìm các nghiệm nguyên của phương trình:
 (1)
Giải:
 (2)
Với điều kiện :
Do x, y nguyên nên nguyên. Ta biết rằng với y nguyên thì hoặc là số nguyên hoặc là số vô tỉ. Do đó là số nguyên, tức là 55y là số chính phương:
11.5.y = . Do đó: y = với 
Tương tự: x = với 
Thay vào (1):
Giả sử thì . Ta có:
A
b


0
1
2
3
6
5
4
3
0
55
220
495
1980
1375
880
495
Có 7 đáp số: (0 ; 1980), (1980 ; 0), (55 ; 1375), (1375 ; 55), (220 ; 880), (880 ; 220), (495 ; 495)
c) Bài tập 
 Bài 1. Tìm nghiệm nguyên các phương trình :
 a) 5x +3y = 2 ; b) 32x – 40y = 38
 c) 38x + 117y = 15 ; d) 21x – 17y = -3
 e) 2x + 3y + 5z = 15 ; f) 23x – 53y + 80z = 101
 Bài 2. Tìm số tự nhiên chia hết cho 7 và khi chia cho 2 , 3 , 4, 5 , 6 luôn cho số dư là 1
 Bài 3. Tìm năm sinh của nhà thơ Nguyễn Du , biết rằng ông sống không quá 86 năm và năm 1786 thì tuổi của ông bằng tổng các chữ số của năm ông sinh ra . 
 Bài 4. Tìm nghiệm nguyên dương của phương trình:
 xy2 + 2xy – 243y + x = 0
Hướng dẫn:
Ta có xy2 + 2xy – 243y + x = 0 x(y + 1)2 = 243y (1)
Từ (1) với chú ý rằng (y + 1; y) = 1 ta suy ra (y + 1)2 là ước của 243.
Vậy (x, y) = (54, 2) ; (24, 8)
 Bài 5. Tìm x, y thỏa mãn :
 2x2 – 2xy = 5x – y – 19 .
Tìm tất cả các cặp nghiệm nguyên (x, y) thỏa mãn :
 y(x – 1) = x2 + 2.
Hướng dẫn:
Ta có y(x – 1) = x2 + 2 
Bài 6. Tìm nghiệm nguyên của các phương trình sau :
15x2 – 7y2 = 9
29x2 – 28y2 = 2000
1999x2 – 2000y2 = 2001
Hướng dẫn:
Từ phương trình đã cho ta suy ra y chia hết cho 3. Đặt y = 3y1. Ta có 
 5x2 – 21y12 = 3 (1)
Từ (1) suy ra x chia hết cho 3. Đặt x = 3x1. Ta có 
 15x12 – 7y12 = 1 (2)
Từ (2) suy ra y12 ≡ -1 (mod 3), vô nghiệm
Từ phương trình đã cho ta suy ra x2 ≡ 5 (mod 7). Vậy phương trình đã cho vô nghiệm 
 Từ phương trình đã cho ta suy ra x2 ≡ -1 (mod 4). Vậy phương trình đã cho vô nghiệm 
Bài 7. Tìm x, y nguyên thỏa mãn :
 x2y2 – x2 – 8y2 =2xy
Hướng dẫn:
Viết lại phương trình đã cho dưới dạng: 
 y2(x2 – 7) = (x + y)2. (1)
Phương trình đã cho có nghiệm x = y = 0. Xét x, y ≠ 0. Từ (1) suy ra x2 – 7 là một số chính phương. Đặt x2 – 7 = a2, ta có
 (x – a)(x + a) = 7 
Từ đó tìm được x 
Đáp số: (0, 0) ; (4, -1) ; (4, 2) ; (-4, 1) ; (-4, -2) 
Bài 8. Tìm nghiệm nguyên dương của phương trình :
Hướng dẫn:
Vì vai trò của x, y, z như nhau nên có thể giả sử Từ phương trình đã cho ta suy ra Suy ra 
 (1)
Vì là số vô tỉ nên từ (1) ta suy ra :
 x – y – z = 4yz – 12 = 0 yz = 3 y = 3, z = 1 và x = y + z =4
Đáp số : phương trình có 2 nghiệm là (4; 3; 1) và (4; 1; 3)
Bài 9. Tìm các số nguyên không âm x, y sao cho :
Hướng dẫn:
Nếu y = 0 thì x = 1 
Nếu y 1 thì từ phương trình đã cho ta suy ra y < x < y + 1, vô lí
Bài 10. Tìm nghiệm x , y nguyên dương của phương trình : y2 = x2 + 12x + 1995 (1)
Ta có (1) y2 = (x + 6)2 + 1959 ³ 1959 Þ y ³ 45 .
Ta có -1959 = (x + 6)2 - y2 = (x + y + 6)(x - y + 6) với x + y + 6 ³ 52 và 1959 = 3 . 653
Bài 11 . Tìm số tự nhiên có 4 chữ số biết rằng nó chia cho 131 thì còn dư 112 và khi chia cho 132 thì dư
 98 ( HSG Bến tre )
Bài 12 . Tìm nghiệm nguyên của phương trình 3x2 + 2xy + 5y2 = 45 ( HSG Bến tre)
Bài 13 . Cho phương trình x2 – 2(m – 1)x + m – 3 = 0 ( m là tham số ) (*)
Cm phương trình (*) có hai nghiệm phân biệt với mọi m
Tìm số nguyên m sao cho hai nghiệm x1, x2 của (*)củng là các số nguyên .
 ( HSG Gia Lai )
Bài 14. Cho phương trình x2 – 2ax – (a + 3) = 0 ( a là tham số ) ( 1)
giải (1) với a = 2 
Tìm a nguyên sao cho ( 1) có nghiệm nguyên .
 ( HSG Hải Phòng )
Bài 15. Tìm các nghiệm nguyên của phương trình 5( x2 + xy + y2 ) = 7 ( x + 2y)
 ( HSG Nghệ An )