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A Point with 3 Rational Distances From The Corners of A Square


[2004.09.12]正方形の3頂点からの距離が有理数になる点


■次の問題を考察する。

□ABCDを一辺の長さが正整数sである正方形とする。 この正方形の内部のある点Pに対して、PA=c, PB=a, PC=bが全て正整数となるようなsを求めよ。

[2004.09.26追記]
この問題は、数論における未解決問題[3]の1つ(D19,Three-Distance Problem)である。

■Euclid座標で、A(0,s),B(0,0),C(0,s),D(s,s),P(x,y)とすると、Pythagorasの定理より、
    S: x2+y2 = a2,     (s-x)2+y2 = b2,     x2+(s-y)2 = c2
となる。
点Pは□ABCDの内部にあるので、
    0 < x, y < s
である。
x,yは有理数であることが簡単に分かる。

以下では、Allan J. MacLeod[2]による解法を紹介する。

x,yの分母の最小公倍数をs,a,b,c,x,yに掛けることにより、全ての変数を整数として良い。
ある整数α,β,γ,m,n,p,q,r,tに対して、
    x = α2mn, y = α(m2-n2),
    s-x = β2pq, y = β(p2-q2),
    x = γ2rt, s-y = γ(r2-t2)
となる。よって、
    2αmn+2βpq=γ(r2-t2)+α(m2-n2), ------- (1)
    β = α(m2-n2)/(p2-q2), ----- (2)
    γ = {αmn}/{rt} ----- (3)
を得る。
(2),(3)を(1)に代入して、
    m2rt(p2-2pq-q2) +mn(r2-2rt-t2)(p2-q2) -n2rt(p2-2pq-q2) = 0
ここで、u=m/n,v=p/q,w=r/tとすると、
    u2w(v2-2v-1) +u(w2-2w-1)(v2-1) -w(v2-2v-1) = 0
つまり、
    u(v2-1)w2+(u2(v2-2v-1)-2u(v2-1)-(v2-2v-1))w-u(v2-1) = 0 ---- (4)
を得る。
0 < u,v,w < 1より、u(v2-1) != 0である。
wの2次方程式(4)が有理数解を持つので、ある有理数dに対して、
    d2 = (u2(v2-2v-1)-2u(v2-1)-(v2-2v-1))2+4u(v2-1)u(v2-1)
つまり、
    C: d2 = (u4-4u3+6u2+4u+1)v4-4(u2-1)(u2-2u-1)v3+ 2(u4+4u3-10u2-4u+1)v2 +4(u2-1)(u2-2u-1)v+u4-4u3+6u2+4u+1 ----- (5)
となる。
Q(u)上で定義された4次曲線Cは、Q(u)-有理点v=1,d=2(u2-1)を持つので、Q(u)上で定義されたある楕円曲線EにQ(u)-isomorphicである。

4次曲線Cは、双有理変換φ:(v,d)→(g,t)
    g = {-(u+1)((u3-3u2-u-1)v2-2(u3-u2-3u-1)v-(3u3-5u2+u+5)}/{(v-1)2},
    t = -2{(u6-2u5-7u4+4u3+7u2-2u)v5-(5u6-6u5-35u4+12u3+35u2-6u)v4+(6u6-3u5-62u4+6u3+64u2-3u)v3
          +(2u6+7u5+42u4+14u3-48u2-7u-1)v2-(7u6-5u5+3u4+10u3-9u2-5u-2)v+(3u6-u5-5u4-2u3+u2+u+3)}/{(v-1)3}

[逆変換ψ:(g,t)→(v,d)は、
    v = {2(u2-u-1)g+t+4(u+1)(u2-2u-1)}/{-2ug+y-4u(u+1)(u2-2u-1)},
    d = (u2-1){2x3+2(u4-2u3+2u2-10u-5)x3+8(u2-2u-1)(u4-2u3-u2-4u-2)x-y2+8u2(u2-2u-1)y-8(u+1)2(u2+1)(u2-2u-1)2}/{8u2(u+1)2(u2-2u-1)}
]
によって、楕円曲線
    E: t2 = g3+2(u4-2u3-u2-4u-2)g2-4(u6-3u4-4u3-5u2-4u-1)g
つまり、
    E: t2 = g(g-2(u2-u-1))(g+2(u4-2u3-2u-1))

に写される。

[pari/gpによる計算]
gp>  read("sq3.gp")
time = 29 ms.
gp>  ph1([x,y])
time = 8 ms.
%1 = [((-u^4 + 2*u^3 + 4*u^2 + 2*u + 1)*x^2 + (2*u^4 - 8*u^2 - 8*u - 2)*x + (u^4 - 2*u^3 + y*u^2 + 6*u + (-y + 3)))/(x^2 - 2*x + 1), ((-2*u^5 + 8*u^4 + 4*u^3 - 8*u^2 - 2*u)*x^3 + (-2*u^6 + 10*u^5 - 2*u^4 - 20*u^3 + 2*u^2 + 10*u + 2)*x^2 + (4*u^6 - 2*u^5 - 20*u^4 + (2*y + 4)*u^3 + 20*u^2 + (-2*y - 2)*u - 4)*x + (2*u^6 - 6*u^5 + (2*y + 2)*u^4 + (-2*y + 12)*u^3 + (-4*y - 2)*u^2 + (2*y - 6)*u + (2*y - 2)))/(x^3 - 3*x^2 + 3*x - 1)]
gp>  ph2([x,y])
time = 66 ms.
%2 = [((2*u^2 - 2*u - 2)*x + (-4*u^3 + 4*u^2 + 12*u + (y + 4)))/(-2*u*x + (-4*u^4 + 4*u^3 + 12*u^2 + 4*u + y)), ((4*u^2 - 4)*x^3 + (4*u^6 - 8*u^5 + 4*u^4 - 32*u^3 - 28*u^2 + 40*u + 20)*x^2 + (16*u^8 - 64*u^7 + 16*u^6 + 64*u^5 + 80*u^4 + 128*u^3 - 80*u^2 - 128*u - 32)*x + (-16*u^10 + 32*u^9 + 80*u^8 - 64*u^7 + (16*y - 160)*u^6 + (-32*y - 128)*u^5 + (-32*y - 96)*u^4 + (32*y + 64)*u^3 + (-2*y^2 + 16*y + 176)*u^2 + 96*u + (2*y^2 + 16)))/(4*u^2*x^2 + (16*u^5 - 16*u^4 - 48*u^3 - 16*u^2 - 4*y*u)*x + (16*u^8 - 32*u^7 - 80*u^6 + 64*u^5 + (-8*y + 176)*u^4 + (8*y + 96)*u^3 + (24*y + 16)*u^2 + 8*y*u + y^2))]

EのQ(u)-有理点T1(0,0),T2(2(u2-u-1),0),T3(-2(u4-2u3-2u-1),0)は、いずれも位数2のねじれ点である。
よって、Eのねじれ点群 E(Q(u))torsは、{ O, T1, T2, T3 } \cong Z/2Z×Z/2Zを部分群として持つことが分かる。

■楕円曲線E/Q(u)の判別式は、
    Δ(E) = 1024u20 - 4096u19 + 12288u17 - 4096u16 - 4096u15 - 20480u13 + 6144u12 + 20480u11 + 4096u9 - 4096u8 - 12288u7 + 4096u5 + 1024u4
          = 210u4(u+1)4(u-1)4(u2+1)2(u2-2u-1)2
である。

[pari/gpによる計算]
gp>  e2 
time = 0 ms.
%6 = [0, 2*u^4 - 4*u^3 - 2*u^2 - 8*u - 4, 0, -4*u^6 + 12*u^4 + 16*u^3 + 20*u^2 + 16*u + 4, 0, 8*u^4 - 16*u^3 - 8*u^2 - 32*u - 16, -8*u^6 + 24*u^4 + 32*u^3 + 40*u^2 + 32*u + 8, 0, -16*u^12 + 96*u^10 + 128*u^9 + 16*u^8 - 256*u^7 - 704*u^6 - 1024*u^5 - 1008*u^4 - 768*u^3 - 416*u^2 - 128*u - 16, 64*u^8 - 256*u^7 + 320*u^6 - 256*u^5 + 256*u^4 + 256*u^3 + 320*u^2 + 256*u + 64, -512*u^12 + 3072*u^11 - 6912*u^10 + 8704*u^9 - 7680*u^8 + 7680*u^7 - 2560*u^6 - 7680*u^5 - 7680*u^4 - 8704*u^3 - 6912*u^2 - 3072*u - 512, 1024*u^20 - 4096*u^19 + 12288*u^17 - 4096*u^16 - 4096*u^15 - 20480*u^13 + 6144*u^12 + 20480*u^11 + 4096*u^9 - 4096*u^8 - 12288*u^7 + 4096*u^5 + 1024*u^4, (256*u^24 - 3072*u^23 + 16128*u^22 - 50176*u^21 + 108288*u^20 - 178176*u^19 + 226304*u^18 - 221184*u^17 + 177408*u^16 - 99328*u^15 + 23808*u^14 - 9216*u^13 - 55808*u^12 + 9216*u^11 + 23808*u^10 + 99328*u^9 + 177408*u^8 + 221184*u^7 + 226304*u^6 + 178176*u^5 + 108288*u^4 + 50176*u^3 + 16128*u^2 + 3072*u + 256)/(u^20 - 4*u^19 + 12*u^17 - 4*u^16 - 4*u^15 - 20*u^13 + 6*u^12 + 20*u^11 + 4*u^9 - 4*u^8 - 12*u^7 + 4*u^5 + u^4), 0, 0, 0, 0, 0, 0]
gp>  e2.disc
time = 0 ms.
%7 = 1024*u^20 - 4096*u^19 + 12288*u^17 - 4096*u^16 - 4096*u^15 - 20480*u^13 + 6144*u^12 + 20480*u^11 + 4096*u^9 - 4096*u^8 - 12288*u^7 + 4096*u^5 + 1024*u^4
gp>  factor(e2.disc)
time = 115 ms.
%8 = 
[u - 1 4]

[u 4]

[u + 1 4]

[u^2 - 2*u - 1 2]

[u^2 + 1 2]


■楕円曲線Eは、Q(u)-有理点P1(4(u2+1),4(u-1)2(u2+1))を持つ。

[pari/gpによる計算]
gp>  P1
time = 0 ms.
%9 = [4*u^2 + 4, 4*u^4 - 8*u^3 + 8*u^2 - 8*u + 4]
gp>  ellisoncurve(e2,P1)
time = 0 ms.
%10 = 1
gp>  factor(P1[1])
time = 2 ms.
%11 = 
[u^2 + 1 1]

gp>  factor(P1[2])
time = 4 ms.
%12 = 
[u - 1 2]

[u^2 + 1 1]


よって、任意の整数nに対して、nP1,nP1+T1,nP1+T2,nP1+T3も、楕円曲線EのQ(u)-有理点である。

これらのQ(u)-有理点を双有理変換ψで写すことにより、4次曲線CのQ(u)-有理点を求めることができる。

...
P ∈ E(Q(u)) ψ(P) ∈ C(Q(u)) v ∈ Q(u) w ∈ Q(u)
O [0:1:0] [1,2(u2-1)] 1 -
T1 [0,0] [1/u,(-u4+1)/u2] 1/u 1/u,
u
T2 [2(u+1)2,0] [-1,2(u2-1)] -1 -
T3=T1+T2 [-(u2+1)(u2-2u-1),0] [-u,-(u4-1)] -u -u,
1/u
P1 [4(u2+1), 4(u-1)2(u2+1)] [-u,(u4-1)] -u 1/u,
-u
-P1 [4(u2+1), -4(u-1)2(u2+1)] [-(u3-u+2)/(2u3+u2-1),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(2u3+u2-1)2]
{-(u3-u+2)}/{2u3+u2-1} {-(3u2-2u+1)}/{u(u2+2u+3)},
{u(u2+2u+3)}/{3u2-2u+1}
P1+T1 [-(u+1)2(u2-2u-1), (u-1)2(u+1)2(u2-2u-1)] [-1,-2(u2-1)] -1 -
-P1+T1 [-(u+1)2(u2-2u-1), -(u-1)2(u+1)2(u2-2u-1)] [(3u2+2u-3)/(u2-2u-1),
-2(u-1)(u-1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(u2-2u-1)2]
{3u2+2u-3}/{u2-2u-1} {-(u2-2u-1)}/{4u},
{4u}/{(u2+2u-1)}
P1+T2 [2(u+1)2(u2+1),
-4u2(u+1)2(u2+1)]
[1/u,(u4-1)/u2] 1/u -u,
1/u
-P1+T2 [2(u+1)2(u2+1),
4u2(u+1)2(u2+1)]
[(2u3+u2-1)/(u3-u+2),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(u3-u+2)2]
{2u3+u2-1}/{u3-u+2} {u(u2+2u+3)}/{3u2-2u+1},
{-3(3u2-2u+1)}/{u(u2+2u+3)}
P1+T3 [2(u2-2u-1),
-4u2(u2-2u-1)]
[1,-2(u2-1)] 1 -
-P1+T3 [2(u2-2u-1),
4u2(u2-2u-1)]
- - -
2P1 [(u2+2u+3)2/4,
-(u2+2u-1)(u2+2u+3)(3u2-2u+1)/8]
[-(u2-2u-1)/(3u2+2u-3),
2(u-1)(u+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/{3(3u2+2u-3)2}]
{-(u2-2u-1)}/{3u2+2u-3} {-(u2+2u-1)}/{27u},
{27u}/{u2+2u-1}
-2P1 [(u2+2u+3)2/4,
(u2+2u-1)(u2+2u+3)(3u2-2u+1)/8]
[{7u6+22u5+31u4-36u3-31u2+22u-7}/{(u2-2u-1)(3u4+12u3-10u2-12u+3)},
{2(u-1)(u+1)(u12+12u11+486u10+996u9+207u8-296u7+468u6+296u5+207u4-996u3+486u2-12u+1)}/{(u2-2u-1)2(3u4+12u3-10u2-12u+3)2}
{7u6+22u5+31u4-36u3-31u2+22u-7}/{(u2-2u-1)(3u4+12u3-10u2-12u+3)} {(u2+2u-1)(u4+4u3+18u2-4u+1)}/{4u(5u4+4u3-6u2-4u+5)},
{-4u(5u4+4u3-6u2-4u+5)}/{(u2+2u-1)(u4+4u3+18u2-4u+1)}
2P1+T1 [-16(u+1)2(u2+1)(u2-2u-1)/(u2+2u+3)2,
-8(u+1)2(u2+1)(u2+2u-1)(3u2-2u+1)/(u2+2u+3)3]
[(2u3+u2-1)/(u3-u+2),
-(u-1)(u+1)(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(u3-u+2)2]
{-(u2-2u-1)}/{3u2+2u-3} {-(3u2+2u-1)}/{u(u2+2u+3)},
{u(u2+2u+3)}/{3u2-2u+1}
-2P1+T1 [-16(u+1)2(u2+1)(u2-2u-1)/(u2+2u+3)2,
8(u+1)2(u2+1)(u2+2u-1)(3u2-2u+1)/(u2+2u+3)3]
[{2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5}/{5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2},
{(u-1)(u+1)(u2+1)(u12+12u11+486u10+996u9+207u8-296u7+468u6+296u5+207u4-996u3+486u2-12u+1)}/{(5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2)2}
{2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5}/{5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2} {(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)}/{u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)},
{-u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)}/{(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)}
2P1+T2 [2(u+1)2(3u2-2u+1)2/(u2+2u-1)2,
-8u2(u-1)2(u+1)2(u2+2u+3)(3u2-2u+1)/(u2+2u-1)3]
[(3u2+2u-3)/(u2-2u-1),
2(u-1)(u+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(u2-2u-1)2]
{3u2+2u-3}/{u2-2u-1} {4u}/{u2+2u-1},
{-(u2+2u-1)}/{4u}
-2P1+T2 [2(u+1)2(3u2-2u+1)2/(u2+2u-1)2,
8u2(u-1)2(u+1)2(u2+2u+3)(3u2-2u+1)/(u2+2u-1)3]
[-(u2-2u+1)(3u4+12u3-10u2-12u+3)/(7u6+22u5+31u4-36u3-31u2+22u-7),
2(u-1)(u+1)(u12+12u11+486u10+996u9+207u8-296u7+468u6+296u5+207u4-996u3+486u2-12u+1)/(7u6+22u5+31u4-36u3-31u2+22u-7)2]
{-(u2-2u+1)(3u4+12u3-10u2-12u+3)}/{7u6+22u5+31u4-36u3-31u2+22u-7} {-4u(5u4+4u3-6u2-4u+5)}/{(u2+2u-1)(u4+4u3+18u2-4u+1)},
{(u2+2u-1)(u4+4u3+18u2-4u+1)}/{4u(5u4+4u3-6u2-4u+5)}
2P1+T3 [-2(u2-2u-1)(u2+1)(u2+2u-1)2/(3u2-2u+1)2,
-8u2(u-1)2(u2+1)(u2+2u-1)(u2+2u+3)/(3u2-2u+1)3]
[-(u3-u+3)/(2u3+u2-1),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)/(2u3+u2-1)2]
{-(u3-u+3)}/{2u3+u2-1} {u(u2+2u+3)}/{3u2-2u+1},
{-(3u2-2u+1)}/{u(u2+2u+3)}
-2P1+T3 [-2(u2-2u-1)(u2+1)(u2+2u-1)2/(3u2-2u+1)2,
8u2(u-1)2(u2+1)(u2+2u-1)(u2+2u+3)/(3u2-2u+1)3]
[(5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2)/(2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u12+12u11+486u10+996u9+207u8-296u7+468u6+296u5+207u4-996u3+486u2-12u+1)/(2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5)2]
{5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2}/{2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5} {-u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)}/{(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)},
{(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)}/{u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)}
3P1 [4(u2+1)(5u4+4u3-6u2-4u+5)2/(u4+4u3-6u2+12u-7)2,
4(u-1)2(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)(5u4+4u3-6u2-4u+5)(7u4+12u3+6u2+4u-1)/(u4+4u3-6u2+12u-7)3]
[(5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2)/(2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u12+12u11+486u10+996u9+207u8-296u7+468u6+296u5+207u4-996u3+486u2-12u+1)/(2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5)2]
{5u7+16u6+5u5+14u4-13u3-20u2+3u-2}/{2u7+3u6+20u5-13u4-14u3+5u2-16u+5} {(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)}/{u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)},
{-u(u2+2u+3)(u4+4u3-6u2+12u-7)}/{(3u2-2u+1)(7u4+12u3+6u2+4u-1)}
-3P1 [4(u2+1)(5u4+4u3-6u2-4u+5)2/(u4+4u3-6u2+12u-7)2,
-4(u-1)2(u2+1)(u4+4u3+18u2-4u+1)(5u4+4u3-6u2-4u+5)(7u4+12u3+6u2+4u-1)/(u4+4u3-6u2+12u-7)3]
[-(5u13+32u12-282u11-596u10+3u9+292u8-268u7+792u6-69u5-56u4+582u3-452u2+93u-12)/(12u13+93u12+452u11+582u10+56u9-69u8-792u7-268u6-292u5+3u4+596u3-282u2-32u+5),
(u-1)(u+1)(u2+1)(u24+24u23+14556u22+119128u21+391842u20+580296u19+79724u18-1047288u17-687505u16-91536u15+406456u14+2989808u13+282076u12-2989808u11+406456u10+91536u9-687505u8+1047288u7+79724u6-580296u5+391842u4-119128u3+14556u2-24u+1)/(12u13+93u12+452u11+582u10+56u9-69u8-792u7-268u6-292u5+3u4+596u3-282u2-32u+5)2]
{-(5u13+32u12-282u11-596u10+3u9+292u8-268u7+792u6-69u5-56u4+582u3-452u2+93u-12)}/{12u13+93u12+452u11+582u10+56u9-69u8-792u7-268u6-292u5+3u4+596u3-282u2-32u+5} {-(7u4+12u3+6u2+4u-1)(17u8+40u7+4u6-56u5+22u4-104u3+100u2-8u+1)}/{u(u4+4u3-6u2+12u-7)(u8+8u7+100u6+104u5+22u4+56u3+4u2-40u+17)},
{u(u4+4u3-6u2+12u-7)(u8+8u7+100u6+104u5+22u4+56u3+4u2-40u+17)}/{(7u4+12u3+6u2+4u-1)(17u8+40u7+4u6-56u5+22u4-104u3+100u2-8u+1)}
... ... ...

■有理数u!=0,±1に対して、Q上の楕円曲線
    Eu: y2 = x(x-2(u2-u-1))(x+2(u4-2u3-2u-1))
および
    Cu: y2 = (u4-4u3+6u2+4u+1)x4-4(u2-1)(u2-2u-1)x3+ 2(u4+4u3-10u2-4u+1)x2 +4(u2-1)(u2-2u-1)x+u4-4u3+6u2+4u+1
を定義する。

u=2,3,...,20に対して、Eu,Cuの有理点をいくつか求めると、以下のようになる。

u Eu:[a1,a2,a3,a4,a6] Eu(Q)tors
Eu(Q)torsの生成元
rank(Eu(Q)) Eu(Q)/Eu(Q)torsの生成元 Eu(Q)/Eu(Q)tors
の生成元の高さ
Cu: y2=ax4+bx3+cx2+dx+e
(a,b,c,d,e)
Cu(Q) u
2 [0, -28, 0, 180, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [10, 0]
1 [2 : 16 : 1] 1.1462288522241 (17, 12, 2, -12, 17) [1, -6],
...
2
3 [0, 8, 0, -1280, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [32, 0]
1 [-32 : 128 : 1] 1.1462288522241 (40, -64, 176, 64, 40) [-1, -16],
...
3
4 [0, 188, 0, -11900, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [50, 0]
2 [-175 : 1575 : 1],
[338 : -7488 : 1]
1.74076491514234,
2.87222544209511
(113, -420, 674, 420, 113) [-1,30],
[1/56, 34455/3136],
...
4
5 [0, 656, 0, -52416, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [72, 0]
1 [-28 : 1400 : 1] 1.58898526713929 (296, -1344, 1712, 1344, 296) [47/95, -319344/9025],
...
5
6 [0, 1604, 0, -166796, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [98, 0]
2 [-1127 : 28175 : 1],
[-1694 : 4928 : 1]
2.09652859736981,
4.61886316103567
(673, -3220, 3554, 3220, 673) [-1, -70],
[-839/191, -27749530/36481],
...
6
7 [0, 3272, 0, -435200, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [128, 0]
1 [200 : -7200 : 1] 1.88735304910278 (1352, -6528, 6512, 6528, 1352) [-169/367, 2776800/134689],
...
7
8 [0, 5948, 0, -989820, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [162, 0]
2 [10530 : 1347840 : 1],
[1058 : 82432 : 1]
2.35389724714885,
3.50417269289867
(2465, -11844, 10946, 11844, 2465) [1087/506, 29750175/256036],
[110/29, 7605/29],
...
8
9 [0, 9968, 0, -2033600, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [200, 0]
2 [-124 : 20088 : 1],
[21043064 : -5618336256 : 343]
2.11385872299762,
9.29897481113499
(4168, -19840, 17264, 19840, 4168) [319/639, -52036000/408321],
[56393/128703, 2005620010400/16564462209],
...
9
10 [0, 15716, 0, -3861836, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [242, 0]
1 [-9559 : 774279 : 1] 2.55627951586215 (6641, -31284, 25922, 31284, 6641) [-1, -198],
...
10
11 [0, 23624, 0, -6886656, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [288, 0]
1 [-14112 : 1411200 : 1] 2.29684079614009 (10088, -47040, 37424, 47040, 10088) [-1, -240],
...
11
12 [0, 34172, 0, -11664380, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [338, 0]
2 [-1183 : 244881 : 1],
[57154 : 11385495 : 8]
4.00722977176705,
5.96548872344736
(14737, -68068, 52322, 68068, 14737) [-29/81, -137566/6561],
[81/29, 137566/841],
...
12
13 [0, 47888, 0, -18925760, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [392, 0]
1 [680 : 97920 : 1] 2.45050692698816 (20840, -95424, 71216, 95424, 20840) [-13, 28560],
...
13
14 [0, 65348, 0, -29609100, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [450, 0]
2 [-37575 : 6350175 : 1],
[-859321222020 : 240272491990356 : 430368875]
2.8656153445757,
13.9669383677014
(28673, -130260, 94754, 130260, 28673) [-1, -390],
[-1809592/4913683, -11030391941205/455552464613],
...
14
15 [0, 87176, 0, -44896256, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [512, 0]
2 [2312 : -612000 : 1],
[-62856 : 9945216 : 1]
4.51685317534012,
6.7743966730988
(38536, -173824, 123632, 173824, 38536) [-95/241, 1647296/58081],
[-10529/7503, -46006299584/56295009],
...
15
16 [0, 114044, 0, -66251516, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [578, 0]
1 [-64447 : 14500575 : 1] 2.98964082567156 (50753, -227460, 158594, 227460, 50753) [-1, -510],
...
16
17 [0, 146672, 0, -95463360, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [648, 0]
2 [1160 : 296960 : 1],
[705672 : 651442176 : 1]
2.69959392001499,
5.03326438313988
(65672, -292608, 200432, 292608, 65672) [-17, 83520],
[1703/1033, 551221056/1067089],
...
17
18 [0, 185828, 0, -134689100, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [722, 0]
1 [234650 : 152053200 : 1] 3.09958168655876 (83665, -370804, 249986, 370804, 83665) [11987/5816, 14073473375/33825856],
...
18
19 [0, 232328, 0, -186502400, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [800, 0]
1 [-644 : 464968 : 1] 2.8036370798768 (105128, -463680, 308144, 463680, 105128) [3239/6479, -25290248400/41977441],
...
19
20 [0, 287036, 0, -253943676, 0] Z/2Z×Z/2Z
[0, 0], [882, 0]
1..2 [-158319 : 57153159 : 1],
???
3.19833249499868,
???
(130481, -572964, 375842, 572964, 130481) [-1, -798],
...
20


■A.J.MacLeod[2]は、楕円曲線EのQ(u)-有理点-P1(4(u2+1),-4(u-1)2(u2+1)), P1+T1(-(u+1)2(u2-2u-1),(u-1)2(u+1)2(u2-2u-1))から、Diophantus方程式系Sの2変数m,nによるパラメータ解を求めている。

    s = 4(m6+2m5n+m4n2+4m3n3-m2n4+2mn5-n6),
    x = 2mn(m2+2mn+3n2)(3m2-2mn+n2),
    y = (m2-n2)(m2+2mn+3n2)(3m2-2mn+n2),
    a = (m2+n2)(m2+2mn+3n2)(3m2-2mn+n2),
    b = (m2+n2)(5m4+4m3n-6m2n2-4mn3+5n4),
    c = (m2+n2)(m4+4m3n+18m2n2-4mn3+n4);

    s = 2(3m4+4m3n+6m2n2-4mn3n+3n4),
    x = 16mn(m2+2mn-n2),
    y = 8(m2-n2)(m2+2mn-n2),
    a = 8(m2+n2)(m2+2mn-n2),
    b = 2(5m4+4m3n-6m2n2-4mn3+5n4),
    c = 2(m4+4m3n+18m2n2-4mn3+n4).

[pari/gpによる検証]
gp>  X=2*m*n*(m^2+2*m*n+3*n^2)*(3*m^2-2*m*n+n^2);
time = 0 ms.
gp>  Y=(m^2-n^2)*(m^2+2*m*n+3*n^2)*(3*m^2-2*m*n+n^2);
time = 2 ms.
gp>  S=4*(m^6+2*m^5*n+m^4*n^2+4*m^3*n^3-m^2*n^4+2*m*n^5-n^6);
time = 1 ms.
gp>  A=(m^2+n^2)*(m^2+2*m*n+3*n^2)*(3*m^2-2*m*n+n^2);
time = 0 ms.
gp>  B=(m^2+n^2)*(5*m^4+4*m^3*n-6*m^2*n^2-4*m*n^3+5*n^4);
time = 0 ms.
gp>  C=(m^2+n^2)*(m^4+4*m^3*n+18*m^2*n^2-4*m*n^3+n^4);
time = 1 ms.
gp>  X^2+Y^2-A^2
time = 6 ms.
%10 = 0
gp>  (S-X)^2+Y^2-B^2
time = 1 ms.
%11 = 0
gp>  X^2+(S-Y)^2-C^2
time = 0 ms.
%12 = 0


[参考文献]


Last Update: 2007.02.22
H.Nakao

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