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Trilha 3

Equacoes diofantinas

Equacoes diofantinas pedem solucoes inteiras. O segredo nao e sair testando casos, mas usar divisibilidade e MDC para descobrir quando existe solucao e como descreve-la.

Forma linear

A diofantina mais importante no inicio e ax + by = c. Ela aparece em combinacoes, troco, contagem de passos e problemas de resto.

Equacao base
ax + by = c, com x e y inteiros

Criterio de existencia

A equacao ax + by = c tem solucao inteira se, e somente se, mdc(a,b) divide c. Esse e o primeiro teste, sempre.

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Leitura pratica: antes de pensar em resolver, teste se a equacao e possivel. Muita questao morre aqui.
Exemplo
A equacao 12x + 18y = 7 tem solucao inteira?
1
mdc(12,18)=6.
2
Como 6 nao divide 7, nao ha solucao inteira.
A equacao e impossivel em inteiros.

Parametrizacao

Se existe uma solucao particular, todas as outras aparecem por deslocamentos controlados. Isso transforma o problema de encontrar varias solucoes em um problema de escrever uma familia.

Forma geral
Se (x0, y0) resolve ax+by=c, entao x = x0 + (b/d)t e y = y0 - (a/d)t
Aqui d = mdc(a,b) e t e inteiro.

Como achar uma solucao particular

O jeito mais limpo e usar Bezout. Primeiro resolva ax + by = d, onde d = mdc(a,b). Depois ajuste para c multiplicando tudo por c/d.

Exemplo
Resolva 6x + 9y = 30 em inteiros.
1
mdc(6,9)=3, e 3 divide 30. Logo existe solucao.
2
Divida tudo por 3: 2x + 3y = 10.
3
Uma solucao particular e (x0,y0) = (5,0).
As solucoes gerais sao x = 5 + 3t e y = -2t, com t inteiro.

Restricoes nas solucoes

Muitas vezes a questao nao quer qualquer inteiro, mas solucoes positivas, naturais ou dentro de um intervalo. Depois da parametrizacao, voce transforma isso em desigualdades para t.

E por isso que diofantina nao e so conta: ela mistura divisibilidade com leitura de intervalo.

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Roteiro pratico: teste existencia, encontre uma solucao particular, escreva a familia geral e so entao imponha positividade, intervalo ou quantidade maxima.

Exercicio rapido

Cheque rapido
Se ax+by=c tem uma solucao particular, o que vem depois para descrever todas as solucoes?