Na matemática, mais especificamente na Teoria dos Números, a equação de Pell (também chamada de equação de Pell-Fermat) é a equação:

Onde e são números inteiros e um número natural.

Esta equação foi nomeada em homenagem ao matemático inglês John Pell, foi estudada por Brahmagupta no século VII e por Fermat no século XVII.[1]

Introdução editar

As equações de Pell-Fermat são estudadas há milênios na Índia e na Grécia. Eles tinham uma grande interesse particularmente no caso de   = 2 uma vez que sua solução forneciam uma boas aproximações racionais de   Baudhayana encontrou os pares (17,12) e (577, 408) forneciam muito boas a aproximações  Arquimedes usou a equação no caso de n = 3 e obteve a aproximação  . com Brahmagupta , que desenvolveu o método chakravala para resolver a equação de Pell e outras equações indeterminadas quadráticas em sua Brahma Sphuta Siddhanta em 628, cerca de mil anos antes da época de Pell. O nome de Pell, nestas equações, ocorre devido a um erro de Euler atribuindo ao matemático inglês John Pell (1610-1685) o estudo da mesma. Aparentemente foi Lord Brouncker (1620-1684) o primeiro matemático europeu moderno a estudar as equações de Pell-Fermat.[2]


Soluções editar

Note que

  

Se  , isto é, se   é um quadrado perfeito, então

  

Como  , então existe   natural tal que  . Assim, no primeiro caso acima, temos que

  

Assim,

  

Substituindo   em uma das equações do sistema, teremos que  .

Resolvendo o caso

  

Teremos   e  . Assim, os pares   e   são ditos soluções triviais.

Joseph Louis Lagrange provou que, contanto que   não seja um quadrado perfeito, a equação de Pell tem infinitas soluções inteiras distintas.

Os inversíveis em   editar

Como  , então iremos usar os números da forma  , números em  , para resolver a equação.

Definição editar

Definiremos a norma   da seguinte forma

  

Onde   e  .


Proposição editar

Seja   uma solução da equação de Pell, qualquer potência   é, também, uma solução da equação de Pell.

Demonstração

Usaremos o processo de indução. Assim, note que para  

 

Suponha que para todo  , então para  , temos que

 

Assim, fica demonstrado que qualquer potência de uma solução é, ainda, uma solução da equação de Pell.

Proposição editar

Seja   a solução fundamental da equação de Pell e   a k-ésima potência de  , então

  

Demonstração

Note que  , logo

 

Comparando os termos, temos que  .

Observação: note que   é a solução fundamental

O grupo dos inversíveis em   editar

Seja a restrição,

 

Onde   e   (inversíveis em  ).

Note que a norma definida dessa forma é um homomorfismo.

Agora iremos verificar que   é um grupo:

  1. Associatividade: como   e a operação é a multiplicação usual, garantimos a associatividade;
  2. Elemento neutro: Note que  , logo,  ;
  3. Inverso : Por construção, todo  possui inverso.

Seja   a solução fundamental da equação de Pell, então   ainda será uma solução da equação, logo,   gera  , portanto,   é um grupo cíclico, logo, abeliano. Assim,

  



Aplicações editar

Da equação de Pell, temos que  , logo

  

Intuitivamente, podemos perceber que a razão   nos dará boas aproximações para   quando   for pequeno. Matematicamente, podemos formular essa ideia como

  

Com isso, podemos usar frações continuadas para escrever o número irracional   na forma  

Exemplo editar

Seja a equação de Pell

  .

A solução fundamental dessa equação é o par  , pois,  . Assim,  , então  , daí

  
  

Fazendo a razão entre os coeficientes das soluções, temos que

  

Essas razões estão se aproximando de  



[3] [4]

Referências

  1. «Pell Equation». Wolfram - MathWorld 
  2. Gondim, Rodrigo (2011). Aritmética em Retas e Cônicas (PDF). Sergipe: [s.n.] pp. 57 – 64. Consultado em 26 de novembro de 2019 
  3. Michel Waldschmidt (18 de fevereiro de 2016). «Pell's Equation» (PDF) 
  4. Bruce Ikenaga (2019). «The Pell-Fermat Equation» 
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