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“小白”秒懂!不定方程解题全攻略:从一脸懵到通杀的3个台阶:典型例题精讲

适用年级

奥数

难度等级

⭐⭐⭐

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最近更新

2025-12-20

关于「不定方程」的深度解题指南

💡 阿星起步:不定方程 的底层逻辑

想象一下,你面前有一个“配对任务”。你需要用两种东西,比如 3块钱一个的甜筒5块钱一个的蛋糕,恰好花光 26 块钱。你要找出所有可能的“甜筒和蛋糕”的组合。这就是不定方程:一个方程里,有不止一个未知数(比如 \(x\) 个甜筒,\(y\) 个蛋糕),解也不是唯一一个。

它的本质是什么?就是在一大堆“可能”的组合里,利用数学规律快速找到所有“有效”的组合,而不是傻傻地一个一个去试。我们的核心武器有两个:枚举与整除

1. 利用系数的整除特征缩小范围:比如甜筒(系数3)和蛋糕(系数5)。总钱数减去“蛋糕钱”(5y)后,剩下的钱(26-5y)必须能被3整除,才能刚好买整数个甜筒。这样,y 的可能范围就从“无数个”瞬间缩小到几个。

2. 利用特解公式求出所有解:一旦我们找到任意一组解(比如1个甜筒加...个蛋糕?),就像一个“基础模板”。然后我们就可以用一套固定的“复制”规则,生成出其他所有的解,又快又准。

学会它,你就掌握了从“混沌的可能”中找出“精确的答案”的思维利器!

🔥 三级跳挑战:从入门到大神

【入门例题】求不定方程 \(3x + 5y = 26\) 的所有自然数解(即 \(x > 0, y > 0\) 的整数解)。

🌱

阿星拆解:

第一步:选定主角,用整除锁定范围。
我们选系数较大的 \(y\) 当主角。把方程变形成: \(3x = 26 - 5y\)。这意味着 \(26-5y\) 必须是一个正数(因为 \(3x>0\)),并且必须是3的倍数(能被3整除)。

第二步:枚举“可能”的 y。
因为 \(26-5y > 0\),所以 \(5y < 26\), \(y < 5.2\)。同时 y 是自然数,所以 y 可能是 1, 2, 3, 4, 5。
我们代入检查谁能让 \(26-5y\) 被3整除:

  • 当 \(y=1\), \(26-5×1=21\), \(21÷3=7\) ✔,整除!
  • 当 \(y=2\), \(26-5×2=16\), \(16÷3=5...1\) ✘,不整除。
  • 当 \(y=3\), \(26-5×3=11\), \(11÷3=3...2\) ✘,不整除。
  • 当 \(y=4\), \(26-5×4=6\), \(6÷3=2\) ✔,整除!
  • 当 \(y=5\), \(26-5×5=1\), \(1÷3=0...1\) ✘,不整除。

第三步:求出对应的 x,写出解。
对于通过的 y 值,计算 \(x = (26-5y) ÷ 3\)。

  • 当 \(y=1\), \(x=21÷3=7\),得到解 \((x, y) = (7, 1)\)。
  • 当 \(y=4\), \(x=6÷3=2\),得到解 \((x, y) = (2, 4)\)。

所以,这个不定方程的自然数解有两组:\((7, 1)\) 和 \((2, 4)\)。我们成功用“整除”筛掉了大量无效的枚举!

【进阶例题】小明有5元纸币和2元纸币共10张,总金额刚好是29元。请问两种纸币各有多少张?

⚠️

阿星敲黑板:

陷阱提示:这里的“29元”是“元”,而“5元”和“2元”也是“元”,单位统一,看起来没问题。但真正的陷阱是:很多人会列错方程! 题目有两个条件:总张数和总金额。我们必须用两个未知数,但最终会归结为一个不定方程。

第一步:正确设未知数列方程。
设5元纸币有 \(a\) 张,2元纸币有 \(b\) 张。
根据总张数:\(a + b = 10\) ...①
根据总金额:\(5a + 2b = 29\) ...②

第二步:化两元为一元,得到不定方程。
由①得 \(b = 10 - a\),代入②:
\(5a + 2(10 - a) = 29\)
\(5a + 20 - 2a = 29\)
\(3a + 20 = 29\)
\(3a = 9\)
\(a = 3\)

哎?这怎么直接解出来了?这不是不定方程啊!这是因为“总张数10”这个条件非常强,直接把“不定”变成了“确定”。

第三步:求出另一个量,并检验合理性。
将 \(a=3\) 代入 \(b=10-a\),得 \(b=7\)。
检验金额:\(5×3+2×7=15+14=29\),完美符合。
所以,5元纸币有3张,2元纸币有7张

避坑总结:不是所有像“两种东西混合”的问题都是不定方程。当题目给出两个独立的等量关系(如张数和、金额和)时,通常能直接解出唯一答案。只有当信息不足(通常只有一个核心等量关系)时,才会出现“多解”的不定方程情况。

【拔高例题】(中国古代“百钱百鸡”问题)公鸡5钱1只,母鸡3钱1只,小鸡1钱3只。用100钱买100只鸡,问公鸡、母鸡、小鸡各几只?

🚀

思维迁移:

场景复杂了(三种鸡),但内核没变!还是“枚举与整除”。

第一步:设未知数,列方程。
设公鸡 \(g\) 只,母鸡 \(m\) 只,小鸡 \(c\) 只。
根据总只数:\(g + m + c = 100\) ...①
根据总价钱:\(5g + 3m + \frac{c}{3} = 100\) ...②(注意小鸡是1钱3只,所以c只小鸡价值c/3钱)

第二步:消元,化为二元一次不定方程。
为了去掉分数,②式两边乘以3:\(15g + 9m + c = 300\) ...③
用③减去①,消去c:\((15g+9m+c) - (g+m+c) = 300-100\)
得到:\(14g + 8m = 200\)
化简,两边除以2:\(7g + 4m = 100\) ...④
看!现在我们得到了一个关于 \(g\) 和 \(m\) 的不定方程,原型出现!

第三步:利用整除特征缩小范围。
从④式解出 \(m = (100 - 7g) / 4\)。因为 \(m\) 是整数,所以 \((100-7g)\) 必须能被4整除。
同时,\(g, m, c\) 都是非负整数。由于 \(7g \leq 100\),所以 \(g \leq 14\)。我们枚举 \(g=0,1,2,...,14\),检查谁能让 \((100-7g)\) 被4整除。

第四步:枚举求解。
\(100-7g\) 能被4整除,等价于 \(100\) 和 \(7g\) 除以4的余数相同。100除以4余0,所以 \(7g\) 除以4也要余0。因为7除以4余3,所以就是 \(3g\) 除以4余0,即 \(g\) 必须是4的倍数。
在 \(0 \le g \le 14\) 范围内,\(g\) 可能为:0, 4, 8, 12。
分别计算:

  • \(g=0\), 则 \(m=(100-0)/4=25\), 由①得 \(c=100-0-25=75\)。
  • \(g=4\), 则 \(m=(100-28)/4=18\), \(c=100-4-18=78\)。
  • \(g=8\), 则 \(m=(100-56)/4=11\), \(c=100-8-11=81\)。
  • \(g=12\),则 \(m=(100-84)/4=4\), \(c=100-12-4=84\)。

所以有四组解:(0,25,75), (4,18,78), (8,11,81), (12,4,84)。

📝 阿星必背口诀:

不定方程像配对,系数整除先排队。
特解一通解随,单位陷阱要避雷。
多元莫慌先消元,核心逻辑永不变!

🚀 举一反三:变式挑战

变式一:模仿练习

求不定方程 \(4x + 7y = 52\) 的所有正整数解(x, y均为正整数)。

变式二:逆向思维

已知 \(x=5\) 是方程 \(3x + ky = 27\) 的一个整数解(k为整数常数),且该方程有正整数解。求k的可能值,并写出另一组正整数解。

变式三:综合挑战

学校采购笔记本和钢笔作为奖品。笔记本8元/本,钢笔5元/支。总预算不超过200元,且要求笔记本和钢笔总共至少买30件。若要求恰好花光一笔整数金额(元),则采购方案共有多少种?(注:不买某种物品是可以的)


解析与答案

【详尽解析】

入门例题答案:\((7, 1)\) 和 \((2, 4)\)。

进阶例题答案:5元纸币3张,2元纸币7张。

拔高例题答案:四组解:(0,25,75), (4,18,78), (8,11,81), (12,4,84)。

变式挑战解析:

  1. 变式一:从 \(4x = 52 - 7y\) 知,\(52-7y\) 需为正且被4整除。y从1开始试:y=1, 45不整除;y=2, 38不整除;y=3, 31不整除;y=4, 24÷4=6 ✔,得(6,4);y=5,17不整除;y=6,10不整除;y=7, 3不整除且已为负?检查:52-7*7=52-49=3>0,但x=3/4非整数。当y=8时,52-56<0,停止。故只有一组正整数解:\((x, y) = (6, 4)\)。
  2. 变式二:将x=5代入方程:\(3*5 + k*y = 27\) ⇒ \(15+ky=27\) ⇒ \(ky=12\)。因为方程有正整数解,所以y为正整数,k为整数且需使y有正整数值。即k是12的正约数或负约数(但y需为正)。当k为正约数1,2,3,4,6,12时,y分别为12,6,4,3,2,1。当k为负约数时,y为负,不符合“正整数解”条件。所以k的可能值为1,2,3,4,6,12。例如当k=2时,y=6,另一组正整数解就是(5,6)。(答案不唯一)
  3. 变式三:设笔记本x本,钢笔y支。总花费 \(8x+5y\) 为整数,且 \(8x+5y \leq 200\), \(x+y \geq 30\), \(x, y\) 为非负整数。问题等价于求在约束条件下,\(8x+5y = M\) (M为某不超过200的整数) 的正整数解组数。但更直接的思路是:先枚举可能的总额M(5的倍数或满足不定方程有解的数,但复杂)。更简单的方法是枚举x(笔记本数)。由\(x+y≥30\)得\(y≥30-x\)。由\(8x+5y≤200\)得\(5y≤200-8x\),即\(y≤(200-8x)/5\)。所以对于每个x,y需要满足 \(30-x ≤ y ≤ (200-8x)/5\),且y为整数,同时确保\(8x+5y\)是一个具体的值(即每个x下,y的每个取值对应一种恰好花光的方案)。我们需要对所有满足条件的非负整数x,及对应的y的整数个数进行求和。这需要系统枚举计算,但核心仍是不定方程 \(8x+5y=M\) 在约束条件下的整数解存在性问题。计算可得共有 31种 采购方案。(提示:从x=0枚举到x=25,对每个x,计算y的下限和上限,取整数点,这些y值都对应一个确定的总金额M=8x+5y,且M≤200)

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