1+n+n^2+n^3=(1+n)(1+n^2)=m^2,如果n是偶数,括号里面互质,所以
1+n=f1^2, 1+n^2=f2^2,
只可能是n=0;
如果n是奇数,右边括号里就是两个偶数,等式两边除以4之后,由于(1+n^2)/2和(1+n)/2互质,所以
1+n=2r^2,1+n^2=2s^2
直接消去n没有影响,就是
1+(2r^2-1)^2=2s^2
即 r^4+(r^2-1)^2=s^2
由于r^2和r^2-1互质,这个方程的解是一组勾股方程的本原解,必存在a,b使得
s=a^2+b^2, r^2=a^2+b^2, r^2-1=2ab
或者满足另一组
s=a^2+b^2, r^2-1=a^2+b^2, r^2=2ab
两种情况中a,b都互质,否则r^2和r^2-1不互质,
第一种情况a,b,r又是一组勾股方程本原解,所以必存在p,q 使得
a=p^2+q^2, b=p^2-q^2, r=2pq
(第一种情况中r是奇数,所以这种情况无解)
或者 a=p^2+q^2, r=p^2-q^2, b=2pq
再代入r^2-1=2ab, 即a^2-b^2-1=2ab, 即(a-b)^2=2b^2+1, 就必须满足
(p^2-2pq+q^2)^2=2(2pq)^2+1,
即(p-q)^4=8p^2q^2+1,
由于方程x^4-y^4=2z^2没有非零整数解,所以这种情况下只可能p=0, q=1,-1或p=1,-1, q=0,即a=1, b=0, r=1,-1, s=1, n=1;
第二种情况下,由于r^2=2ab,而且a,b互质,若a为奇数,则b必为偶数,可设
a=x^2, b=2y^2,(x为奇数,x,y互质)
若b为奇数,则a必为偶数,同理可设
b=y^2, a=2x^2, (y为奇数,x,y互质)
由2ab-(a^2-b^2)=1, 即 b^2+2ab+a^2=2a^2+1, 即(b+a)^2=2a^2+1,由于a+b为奇数,所以2a^2是8的倍数,a是偶数,只有一种情况成立,代入x,y,
(y^2+2x^2)^2=8x^4+1
即 (y^2+2x^2-1)(y^2+2x^2+1)=8x^4,
若x为奇数,则第一个括号里面=2(mod8),第二个括号里面=4(mod8),
(括号一/2)和(括号二/4)互质,所以可设
y^2+2x^2-1=2p^4, y^2+2x^2+1=4q^4,x=pq,
消去x可化为
y^2=(p^2-q^2)^2+q^4, p^4+1=2q^4
由于X^4+Y^4=2Z^2的解只有X^4=Y^4=Z^2,所以都不用考虑前一个方程,后一个方程的解只有p=1,-1, q=1,-1,此时前一个方程正好也满足,有x=1,-1, y=1,-1, a=2, b=1, r=2,-2, s=5, n=7;
若x为偶数,括号一=0(mod8),括号二=2(mod8),而且(括号一/4)和(括号二/2)互质,所以可设
y^2+2x^2-1=4q^4, y^2+2x^2+1=2p^4,x=pq,
消去x后得到,
y^2=(p^2-q^2)^2+q^4, 2q^4+1=p^4,
由于形如X^4-Y^4=2Z^2的方程没有非零整数解,只可能q=0, p=1,-1,则 x=0, y=1,-1, a=0, b=1, s=1, r=0, n=-1;
总共只有n=-1,0,1,7四组解,奇数解就是要求的情况