Divisibilidad y factorización · Definición
Ecuación diofántica lineal
Antes de empezar necesitas conocer
Las ecuaciones diofánticas lineales aparecen al repartir cantidades enteras con dos tipos de unidades. Su resolución se apoya en la identidad de Bézout y en el máximo común divisor.
Definición
Una ecuación diofántica lineal es \(ax+by=c\) con coeficientes enteros, cuyas soluciones buscadas son pares de enteros \(x,y\).
Si \(d=\operatorname{mcd}(a,b)\) divide a \(c\), la identidad de Bézout da enteros \(x_0,y_0\) con \(ax_0+by_0=d\); multiplicando por \(c/d\) se obtiene una solución particular. Todas las demás soluciones son de la forma \(x=x_0+\frac{b}{d}t\), \(y=y_0-\frac{a}{d}t\) con \(t\in\mathbb{Z}\), y no hay más.
Si \(d\) no divide a \(c\), la ecuación no tiene soluciones enteras, aunque tenga soluciones racionales. Esta condición es necesaria porque \(ax+by\) siempre es múltiplo de \(d\). En \(6x+9y=10\) se tiene \(d=3\), que no divide a \(10\), así que no existen soluciones enteras.
Por ejemplo, para \(7x+5y=1\) el algoritmo de Euclides da \(7(3)+5(-4)=1\), así que \((x_0,y_0)=(3,-4)\) es una solución particular y la familia general es \(x=3+5t\), \(y=-4-7t\).
Un error típico es olvidar dividir por \(d\) al construir la familia general: con \(a=4\), \(b=6\), \(c=2\) no se debe usar el paso \(6\) sino \(6/2=3\) en \(x\) y \(4/2=2\) en \(y\).
Para pensar
¿Por qué \(\operatorname{mcd}(a,b)\) debe dividir a \(c\) para que haya solución?
Porque \(ax+by\) es siempre múltiplo de \(\operatorname{mcd}(a,b)\), así que solo los \(c\) múltiplos de ese número pueden obtenerse.
Ejercicios 10
- ¿Cuál es el máximo común divisor de \(12\) y \(18\), que determina si \(12x+18y=c\) tiene solución?
- ¿Qué enunciado describe correctamente cuándo \(ax+by=c\) tiene soluciones enteras?
- ¿Cómo se llama el teorema que garantiza que \(d=\operatorname{mcd}(a,b)\) puede escribirse como \(ax+by\) con enteros \(x,y\)?
- ¿Cuál es el máximo común divisor de \(15\) y \(35\)?
- ¿Tiene la ecuación \(4x+6y=5\) soluciones enteras?
- Si \(7(3)+5(-4)=1\), ¿cuál es una solución particular de \(7x+5y=1\)?
- Dada la solución particular \((x_0,y_0)=(2,-1)\) de \(4x+6y=2\), ¿cuál es la solución general con \(t\in\mathbb{Z}\)?
- Sea \(9x+15y=12\). ¿Cuál es la solución particular que se obtiene de \(3=9(2)+15(-1)\)?
- ¿Para qué valor de \(c\) la ecuación \(10x+4y=c\) tiene solución entera?
- ¿Cuál es una solución particular de \(21x+14y=35\) obtenida de \(7=21(1)+14(-1)\)?
Referencias
- David M. Burton, Elementary Number Theory, 7th edition, McGraw-Hill, 2011. cap. 2
- Ivan Niven, Herbert S. Zuckerman, Hugh L. Montgomery, An Introduction to the Theory of Numbers, 5th edition, Wiley, 1991. cap. 5