Si 1 / x + 1 / y = 1/2013, x> y, x e y son enteros, ¿cuántas soluciones hay?

El método llamado SFFT (truco de factorización favorito de Simon) se puede utilizar para resolver esto:

2013x + 2013y – xy = 0

(x-2013) (2013-y) = -2013 ^ 2

(x-2013) (y-2013) = 2013 ^ 2

Dado que xey son números enteros, la pregunta se ha reducido a encontrar el número de formas en que 2013 ^ 2 puede expresarse como producto de dos números desiguales (como se dice que x> y, es decir, xey no son iguales). 2013 ^ 2 se descompone en factores primos como:

2013 ^ 2 = 3 x 3 x 671 x 671 = 3 x 3 x 11 x 11 x 61 x 61

Ahora tenemos que encontrar de cuántas maneras los números primos anteriores (3,3,11,11,61,61) se pueden agrupar en dos, y los factores resultantes. Los grupos son los siguientes y hay doce grupos en total.

Con una prima en un grupo:

(3), (3,11,11,61,61) es decir (3, 1350723)

(11), (3,3,11,61,61) es decir (11, 368379)

(61), (3,3,11,11,61) es decir (61, 66429)

Con dos números primos en un grupo:

(3,3), (11,11,61,61) es decir (9, 450241)

(11,11), (3,3,61,61) es decir (121, 33489)

(61,61), (3,3,11,11) es decir (3721, 1089)

(3,11), (3,11,61,61) es decir (33, 122793)

(3,61), (3,11,11,61) es decir (183, 22143)

(11,61), (3,3,11,61) es decir (671, 6039)

Con tres números primos en ambos grupos:

(3,3,11), (11,61,61) es decir (99, 40931)

(3,3,61), (11,11,61) es decir (549, 7381)

(11,11,3), (3,61,61) es decir (363, 11163)

Cabe señalar que (3,11,61), (3,11,61) no se considerará, ya que conduciría a x = y

Por último, debemos considerar 2013 ^ 2 como 1 x 2013 ^ 2, es decir (1, 4052169), lo que la convierte en la decimotercera forma de expresar 2013 ^ 2 como producto de dos números desiguales. Por lo tanto, hay trece pares de soluciones (x, y) y con x no igual a y.

Entonces, para los trece pares de números cuyo producto es 2013 ^ 2, los trece conjuntos de soluciones (y, x) son los siguientes:

(3 + 2013, 1350723 + 2013)

(11 + 2013, 368379 + 2013)

(61 + 2013, 66429 + 2013)

(9 + 2013, 450241 + 2013)

(121 + 2013, 33489 + 2013)

(3721 + 2013, 1089 + 2013)

(33 + 2013, 122793 + 2013)

(183 + 2013, 22143 + 2013)

(671 + 2013, 6039 + 2013)

(99 + 2013, 40931 + 2013)

(549 + 2013, 7381 + 2013)

(363 + 2013, 11163 + 2013)

(1 + 2013, 4052169 + 2013)

EDITAR1:

Si podemos considerar los valores negativos de x, y también, a continuación hay trece pares más de productos:

(-3, -1350723)

(-11, -368379)

(-61, -66429)

(-9, -450241)

(-121, -33489)

(-3721, -1089)

(-33, -122793)

(-183, -22143)

(-671, -6039)

(-99, -40931)

(-549, -7381)

(-363, -11163)

(-1, -4052169)

En ese caso, trece soluciones más (x, y) son las siguientes:

(-3 + 2013, -1350723 + 2013)

(-11 + 2013, -368379 + 2013)

(-61 + 2013, -66429 + 2013)

(-9 + 2013, -450241 + 2013)

(-121 + 2013, -33489 + 2013)

(-3721 + 2013, -1089 + 2013)

(-33 + 2013, -122793 + 2013)

(-183 + 2013, -22143 + 2013)

(-671 + 2013, -6039 + 2013)

(-99 + 2013, -40931 + 2013)

(-549 + 2013, -7381 + 2013)

(-363 + 2013, -11163 + 2013)

(-1 + 2013, -4052169 + 2013)

Manipulemos la ecuación de la siguiente manera:

[matemáticas] \ dfrac {1} {2013} = \ dfrac {1} {x} + \ dfrac {1} {y} [/ matemáticas]

[matemáticas] xy = 2013y + 2013x [/ matemáticas]

[matemáticas] xy – 2013x – 2013y + 2013 ^ 2 = 2013 ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] (x-2013) (y-2013) = 2013 ^ 2 [/ matemáticas]

Por lo tanto, [matemáticas] x-2013 [/ matemáticas] y [matemáticas] y – 2013 [/ matemáticas] deben ser factores complementarios de [matemáticas] 2013 ^ 2 [/ matemáticas].
Desde [matemática] 2013 ^ 2 = 3 ^ 2 \ cdot 11 ^ 2 \ cdot 61 ^ 2 [/ matemática], tiene [matemática] 2 \ cdot 3 \ cdot 3 \ cdot 3 = 54 [/ matemática] factores. Dado que [matemáticas] x> y [/ matemáticas], no podemos usar [matemáticas] (x-2013, y-2013) = (2013,2013) [/ matemáticas] y [matemáticas] (- 2013, -2013) [/ matemáticas]. Los restantes [matemática] 54 – 2 = 52 [/ matemática] forman [matemática] \ frac {52} {2} = 26 [/ matemática] pares de factores complementarios. Para cada par, [matemáticas] x-2013 [/ matemáticas] debe ser el factor más grande y [matemáticas] y-2013 [/ matemáticas] debe ser el factor más pequeño. Esto nos da [matemáticas] 26 [/ matemáticas] soluciones [matemáticas] (x, y) [/ matemáticas] con [matemáticas] x> y [/ matemáticas].

Tenga en cuenta que esto permite soluciones donde [math] y [/ math] es negativo. Si restringimos [math] x, y [/ math] para que sean enteros positivos, entonces solo hay soluciones [math] 13 [/ math].

Esta es realmente una pregunta sobre puntos de red e hipérbolas (y cónicas en general). Eche un vistazo al artículo Puntos de celosía sobre hipérbolas de Cilleruelo y Jiménez-Urroz de 1997, o al libro de Krätzel titulado Puntos de celosía .