x^y=y^x的有理數解問題?

已證明在x<y的情況下,只有兩組整數解x=2,y=4x=-4,y=-2
那麼問題來了,喪(ji)心(ke)病(nan)狂(nai)的題主覺得這個結論還♂ 不♂夠♂強!
於是請各路高人來獻(hua)計(yang)獻(zhuang)策(bi).
P.S.題主不才,證明還是看得懂的,所以請各位大神附上證明,謝謝啦!
PP.S.留個坑填證明


結論:所有正數解為
(x,x), Bigl(Bigl(dfrac{n+1}{n}Bigr)^{n+1},Bigl(dfrac{n+1}{n}Bigr)^{n}Bigr), Bigl(Bigl(dfrac{n+1}{n}Bigr)^{n},Bigl(dfrac{n+1}{n}Bigr)^{n+1}Bigr) ,其中 x 為有理數,n 為非零整數。

證明:方程化為 x^{1/x}=y^{1/y} ,因此存在有理數 a 和非零整數 s, t,使 x=a^s, y=a^t ,且 s, t 互素(這是比較顯然的,只需把有理數寫成素數的整數次冪的積)。由 log x/x=log y/ya^{s-t}=x/y=log x/log y=s/t 。排開 x = y 的情況,不妨設 s &> t。

s-t=1 ,則 a=s/t,記 n=t ,得到開頭給出的解。

s-t=k>1 ,則 a=(s/t)^{1/k} 。由 s, t 互素且非零,知二者都是某整數的 k 次冪。若 k 偶數,相距最近的兩個非零 k 次方數相差 2^k-1>k=s-t ,矛盾。若 k 奇數,相距最近的兩個非零 k 次方數是 1,-1 ,但這樣 s-t 就是偶數,矛盾。相距次近的兩個非零 k 次方數相差 2^k-1>k=s-t ,矛盾。從而此情況無解。


感謝abccsss的精彩推導,不過部分顯而易見的地方對於我等數學早還給體育老師的有些困難,這裡嘗試用只用整數和質因數分解概念重新表達下,請斧正


令x=a/b, y=c/d, x!=y
abcd都是正整數,且ab互質,cd互質

等式變成
(a/b)^(c/d)=(c/d)^(a/b)

兩邊同時乘方bd次
(a/b)^bc=(c/d)^ad

我討厭除法,展開
a^bc × d^ad = b^bc × c^ad

進行質因數展開
假定a含有質數因子 p的n次冪
由互質行性質知 b 不含 p因子
那就只能是 c 含有 p因子, 瞬間一個等式變兩個
a^bc = c^ad
b^bc = d^ad

繼續考察質因子p
令a含有 p^n,c含有p^m
nbc=mad

對nm求最大公約數後可繼續化簡
Nbc=Mad
a =A^N
c =A^M
b =B^N
d =B^M
AB互質,NM互質

N×A^M×B^N=M×A^N×B^M
N×A^(M-N) = M×B^(M-N)
N=B^(M-N)
M=A^(M-N)

M=N 等價 x=y,不是我們尋找的解

由對稱性我們可設定正整數k=M-N
由A^k- B^k= k
(A-B)(A^(k-1)+A^(k-2)B^1+...+B^(k-1))=k
右邊括弧里為k項,和大於等於k
推出 A=B+1
x=(A/B)^N=((B+1)/B)^B
y=((B+1)/B)^(B+1)

容易驗證

完畢
爪機碼字,感謝理解


這是我在數學系面試的時候遇到的題來著。
x^y=y^x
ln(x^y)=ln(y^x)
ylnx=xlny
y/lny=x/lnx
然後f(t)=t/lnt
畫個圖就出來了


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