
109 學年度高級中學數學科能力競賽複賽試題
南區(台南區) 筆試(二){參考解答}
一、假設 S是個包含 10 個相異兩位數整數的集合。證明一定可以從 S中找出兩
個不同的子集使得它們的元素總和一樣。
【參考解答】:
S的子集的元素總合最小可能為 0(空集合),最大可能為 99+98+…+90=945,所
以總共有 946 種可能(事實上更少),但是總共有210 =1024這麼多種子集。
所以由鴿籠原理可知至少有兩個不同的子集的元素總合一樣
二、求方程式 𝑥𝑥+𝑦𝑦
𝑥𝑥2−𝑥𝑥𝑦𝑦+𝑦𝑦2=3
13的所有整數解。
(提示: 𝑥𝑥2−𝑥𝑥𝑦𝑦+𝑦𝑦2=1
4((𝑥𝑥+𝑦𝑦)2+ 3(𝑥𝑥 −𝑦𝑦)2))
【參考解答】:因為 𝑥𝑥2−𝑥𝑥𝑦𝑦+𝑦𝑦2=1
4((𝑥𝑥+𝑦𝑦)2+ 3(𝑥𝑥−𝑦𝑦)2),所以
令 (𝑥𝑥+𝑦𝑦)=𝑎𝑎,(𝑥𝑥−𝑦𝑦)=𝑏𝑏,則原方程式可以整理為
4𝑎𝑎
𝑎𝑎2+ 3𝑏𝑏2=3
13 ⟺52𝑎𝑎= 3(𝑎𝑎2+ 3𝑏𝑏2)
由上式可知 𝑎𝑎> 0 且 𝑎𝑎 為3的倍數。設 𝑎𝑎= 3𝑘𝑘,𝑘𝑘 為正整數,則
52k = 3(3𝑘𝑘2+𝑏𝑏2)
所以 𝑘𝑘 是3的倍數。設 𝑘𝑘= 3𝑚𝑚,𝑚𝑚 為正整數,則 52𝑚𝑚=27𝑚𝑚2+𝑏𝑏2。
由 52𝑚𝑚 −27𝑚𝑚2=𝑏𝑏2≥0 可知 𝑚𝑚= 1,因此 𝑘𝑘= 3 ⟹ 𝑎𝑎 = 9, 𝑏𝑏= ±5。
解聯立方程組 �𝑥𝑥+𝑦𝑦= 9
𝑥𝑥−𝑦𝑦 = ±5 可得原方程式的整數解為 (𝑥𝑥,𝑦𝑦)=
(7,2), (2,7)。