■数とあそぶ(その51)

 Q(√2),Q(√3),Q(√6),Q(√7)の基本単数を求めると,それぞれ,

  x^2-2y^2=±1,複号は-1で(1,1)が最小→ε=1+√2

  x^2-3y^2=±1,複号は+1で(2,1)が最小→ε=2+√3

  x^2-6y^2=±1,複号は+1で(5,2)が最小→ε=5+2√6

  x^2-7y^2=±1,複号は+1で(8,3)が最小→ε=8+3√7

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【1】ノルム-1

 Q(√2)ではε=1+√2が基本単数ですが,その他の解は

  (1+√2)^n=an+bn√2

とおいて

  n=1:1^2-2・1^2=-1

  n=2:3^2-2・2^2=+1

  n=3:7^2-2・5^2=-1

  n=4:17^2-2・12^2=+1

  n=5:41^2-2・29^2=-1

  n=6:99^2-2・70^2=+1

  n=7:239^2-2・169^2=-1

  n=8:577^2-2・408^2=+1

  n=9:1393^2-2・985^2=-1

  n=10:3363^2-2・2378^2=+1

一般に,

  an^2-2bn^2=(-1)^n

となります.

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【2】ノルム+1

 Q(√3)ではε=2+√3が基本単数で,

  n=1:2^2-3・1^2=+1

  n=2:7^2-3・4^2=+1

  n=3:26^2-3・15^2=+1

  n=4:97^2-3・56^2=+1

  n=5:362^2-3・209^2=+1

  n=6:1351^2-3・780^2=+1

  n=7:5042^2-3・2911^2=+1

  n=8:18817^2-3・10864^2=+1

  n=9:70226^2-3・40545^2=+1

  n=10:262087^2-3・151316^2=+1

一般に,an^2-2bn^2=1でan^2-2bn^2=-1となる解は存在しません.

 この2つの例からわかるように,基本単数εのノルムが-1のときには

  x^2-my^2=+1

  x^2-my^2=-1

はどちらも無数の解をもちますが,εのノルムが+1のときには解はすべて前者の解であって,後者は解をもちません.

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