我需要求解方程 x2+y2+z2=2025 的非负整数解的个数。非负整数意味着 x、y、z 可以是 0 或正整数。
首先,2025 是一个完全平方数,因为 452=2025。所以,我需要找到三个非负整数的平方和等于 452。
一个直接的方法是遍历所有可能的 x、y、z 值,但那样计算量会很大,因为 x、y、z 都可以从 0 到 45,总共有 46×46×46=97336 种组合。虽然对计算机来说可行,但既然这是一个数学问题,我应该寻找更聪明的方法。
我记得有一个公式可以计算将 n 表示为三个平方数之和的方法数,但我不确定具体细节。可能是因为方程是对称的,我可以固定一个变量,然后求解另外两个。
由于方程是对称的,我可以假设 x≤y≤z 以避免重复计数,然后再乘以排列因子。
但 x、y、z 可以相等,所以需要小心处理。
或许我可以遍历所有可能的 x 值,然后对每个 x,求解 y2+z2=2025−x2,然后对每个这样的方程,找到满足条件的 y 和 z 对。
是的,这听起来更可行。因为对于每个 x,我需要求解 y2+z2=k,其中 k=2025−x2,然后统计满足 y2+z2=k 的非负整数对 (y,z) 的数量。
而统计将 k 表示为两个平方数之和的方法数是已知的,但需要处理 y 和 z 可以相同的情况,以及顺序是否重要。
在这个子问题中,由于 y 和 z 在方程中是对称的,但在原始问题中,x、y、z 都是变量,所以当我固定 x 时,y 和 z 可以互换,但在原始计数中,我们考虑有序三元组,所以 (y,z) 和 (z,y) 是不同的,除非 y=z。
所以,在统计 (y,z) 对时,我应该统计所有有序对,其中 y 和 z 是非负整数,且 y2+z2=k。
同样地,对于原始问题,我需要统计所有满足 x2+y2+z2=2025 的有序三元组 (x,y,z)。
所以,策略是:
对于 x 从 0 到 45,计算 k=2025−x2。
对于每个 k,统计满足 y2+z2=k 的非负整数对 (y,z) 的数量。
对所有 x 的统计结果求和。
现在,问题简化为:给定 k,统计满足 y2+z2=k 的非负整数对 (y,z) 的数量。
y 和 z 可以相同,也可以不同,顺序是重要的,所以 (y,z) 和 (z,y) 被认为是不同的,除非 y=z。
例如,如果 k=1,那么 (0,1) 和 (1,0) 是两个解。
如果 k=0,那么只有 (0,0)。
如果 k=2,那么 (1,1) 是一个解,因为 1^2 + 1^2 = 2,而 (0,\sqrt{2}) 不是整数。
所以,对于每个 k,我需要找到满足 y2+z2=k 的整数解的数量。
这涉及到将 k 表示为两个平方数之和的方法数。
我记得,对于给定的 k,将 k 表示为两个平方数之和的方法数(考虑顺序和符号)与 k 的质因数分解有关。
但在这个问题中,y 和 z 是非负整数,所以符号是固定的,我们只考虑非负解。
在标准公式中,通常包括正负整数,但这里我们只考虑非负整数。
所以,我需要调整一下。
设 n(k) 为满足 y2+z2=k 的非负整数对 (y,z) 的数量。
由于 y 和 z 是对称的,我可以先假设 y ≥ z ≥ 0,然后乘以 2,但如果 y=z,则乘以 1,但这样会很麻烦。
更好的方法是利用这样的事实:对于每个满足 y2+z2=k 的 (y,z),当 y ≠ z 时,(y,z) 和 (z,y) 是两种不同的有序对,而当 y=z 时,只有一种。
但在计数时,我可以遍历所有可能的 y,然后 z 由 z = \sqrt{k - y^2} 决定,并且 z 必须是整数且非负。
所以,对于固定的 k,我可以让 y 从 0 到 \floor{\sqrt{k}},对于每个 y,检查 k - y^2 是否是一个完全平方数。如果是,设 z = \sqrt{k - y^2},那么 (y,z) 是一个解,并且由于 y 和 z 是非负的,且 z 由 y 决定,所以每个 y 最多对应一个 z。
在这个循环中,对于每个 y,如果 k - y^2 是完全平方数,那么我就有一个解 (y,z),其中 z = \sqrt{k - y^2}。
但在这个解中,当 y ≠ z 时,我还需要考虑 (z,y),但在这种计数方式中,当我固定 y 时,我只得到 (y,z),而 (z,y) 会在我固定 y = z 时被包含,不对。
例如,k=1:y 从 0 到 1。
y=0:k - y^2 = 1,z=1,所以 (0,1)
y=1:k - y^2 = 0,z=0,所以 (1,0)
所以我有两个解:(0,1) 和 (1,0)。很好。
k=2:y 从 0 到 1(因为 \sqrt{2}≈1.414)
y=0:k - y^2 = 2,不是完全平方数。
y=1:k - y^2 = 2-1=1,z=1,所以 (1,1)
只有这一个解。很好。
k=0:y=0,k-y^2=0,z=0,所以 (0,0)。只有一个解。
k=5:y 从 0 到 2。
y=0:5-0=5,不是平方数。
y=1:5-1=4,z=2,所以 (1,2)
y=2:5-4=1,z=1,所以 (2,1)
所以有两个解:(1,2) 和 (2,1)。很好。
现在,回到原始问题,对于每个 x,k = 2025 - x^2,我需要计算 n(k),即满足 y^2 + z^2 = k 的非负整数对的数量。
然后,对所有的 x 求和 n(k)。
由于 x 从 0 到 45,我可以计算每个 k 的 n(k)。
但 k = 2025 - x^2,并且 x^2 从 0 到 2025,所以 k 从 2025 到 0,递减。
而且,不同的 x 可能给出相同的 k,但由于我需要对每个 x 独立计算 n(k),所以这没问题。
实际上,k 取决于 x,所以对于每个 x,我计算 n(2025 - x^2)。
现在,n(k) 可以通过检查 k - y^2 是否为完全平方数来计算,如前所述。
但也许我可以预先计算 n(k) 的值,或者找到一个更好的方法。
由于 2025 是固定的,我可以计算所有 k 的 n(k),但 k 最大为 2025,所以有 2026 个可能的 k,对于每个 k,我需要计算 n(k),这可能需要一些时间,但仍然是可行的。
但也许有一个数论方法。
我记得,将 k 表示为两个平方数之和的方法数(考虑顺序和符号)由公式给出:如果 k 有质因数分解 k = 2^a * ∏ p_i^{b_i} * ∏ q_j^{c_j},其中 p_i ≡ 1 mod 4,q_j ≡ 3 mod 4,那么方法数是 4 * ∏ (b_i + 1),如果所有 c_j 都是偶数,否则为 0。
但这是包括符号和顺序的。也就是说,它包括了 (y,z) 和 (-y,z) 等,以及 (z,y) 的排列。
标准公式:将 n 表示为两个平方数之和的整数解的数量(考虑顺序和符号)是 4 倍于将 n 表示为两个平方数之和的方法数(不考虑顺序和符号),在数论中通常是这样。
更精确地说:正整数 n 可以表示为两个平方数之和的方式数(考虑顺序和符号)是:
如果 n = 2^a * ∏ p_i^{b_i} * ∏ q_j^{c_j},其中 p_i ≡ 1 mod 4,q_j ≡ 3 mod 4,那么:
如果某个 c_j 是奇数,则方法数为 0。
否则,方法数为 4 * ∏ (b_i + 1)。
例如,n=1:a=0,没有 p_i 或 q_j,所以 4*(1) = 4?但解为 (1,0), (-1,0), (0,1), (0,-1),所以是 4 个解。是的。
n=2:2^1,没有 p_i 或 q_j,c_j 都为 0(偶数),所以 4*1 = 4。解为:(1,1), (1,-1), (-1,1), (-1,-1)。是的。
n=3:q_j=3,c_j=1 是奇数,所以为 0。确实,3 不能表示为两个平方数之和。
n=5:5≡1 mod 4,所以 b_i=1(指数),所以 4*(1+1)=8。解为:(1,2), (1,-2), (-1,2), (-1,-2), (2,1), (2,-1), (-2,1), (-2,-1)。是的。
但在我们的情况中,对于 n(k),我们只想要非负整数解,所以 y ≥ 0,z ≥ 0。
在数论计数中,它包括了正负整数。
对于每个 (y,z),其中 y>0 或 z>0,有四种组合:(--,--) 等,但具体来说,对于每个有序对(绝对值),有四种符号组合,除非其中一个为零。
在 n(k) 中,我们只考虑 y ≥ 0,z ≥ 0,所以没有负数。
此外,在数论计数中,它包括了所有有序对,包括那些 y 或 z 为负的情况。
所以,为了得到非负解,我需要从数论计数中排除负数解。
但也许更容易注意到,对于 k > 0,非负整数解的数量等于所有整数解的数量除以 4,但仅当没有解是零的时候?不是。
令 m(k) 表示满足 y^2 + z^2 = k 的整数解的数量(包括负数和正数)。
根据数论,m(k) 如上述给出。
那么,对于 k > 0,非负解的数量是多少?
每个非负解 (y,z) 对应四个解:(y,z), (-y,z), (y,-z), (-y,-z),但仅当 y>0 且 z>0。
如果 y=0,z>0,那么解为 (0,z), (0,-z),所以两个解。
类似地,如果 z=0,y>0,两个解。
如果 y=z=0,则 k=0,一个解。
所以,一般来说,对于 k > 0,令 p 表示满足 y>0 且 z>0 的解的数量。
令 q 表示 y=0 且 z≠0 的解的数量,但 z≠0 意味着 |z|>0,所以 q 是 z 的绝对值,但等等。
更好地说:令 a 表示满足 y>0 且 z>0 的解的数量。
令 b 表示 y=0 且 z≠0 的解的数量。由于 y=0,z^2 = k,所以如果 k 是完全平方数,则 z = ±√k,所以有两个解:(0,√k), (0,-√k),因此 b=2 如果 k 是完全平方数,否则为 0。
类似地,令 c 表示 z=0 且 y≠0 的解的数量,所以 c=2 如果 k 是完全平方数,否则为 0。
注意 b 和 c 只有在 k 是完全平方数时才非零。
此外,当 y=0 且 z=0 时,仅当 k=0。
现在,所有整数解的总数 m(k) = 4a + 2b + 2c,但当 y=0 且 z≠0 时,它被包含在 b 中,类似地。
实际上,m(k) = 所有解的数量。
每个解 (y,z) 满足 y>0 或 y<0 等。
具体来说:
如果 y>0 且 z>0,有四个解:符号组合。
如果 y>0 且 z=0,那么解为:(y,0), (-y,0),所以两个解。
类似地,如果 y=0 且 z>0:(0,z), (0,-z),两个解。
如果 y=0 且 z=0,一个解。
在 m(k) 中,它包括了所有情况。
现在,非负解的数量,即 y≥0,z≥0,是:
当 y>0, z>0:有 a 个解,每个对应一个非负解 (y,z)。
当 y>0, z=0:有一个非负解 (y,0),但在 m(k) 中,有两个解:(y,0) 和 (-y,0),所以非负解是其中一个。
类似地,当 y=0, z>0:(0,z) 是非负解。
当 y=0, z=0:(0,0)。
所以,非负解的总数是:
a + [如果 y>0 且 z=0 的解存在,则加 1] + [如果 y=0 且 z>0 的解存在,则加 1] + [如果 (0,0) 存在,则加 1]。
但 y>0 且 z=0 的解存在当且仅当 k 是完全平方数,且 y=√k >0,所以是一个解。
类似地,y=0 且 z>0 当 k 是完全平方数。
而 a 是 y>0 且 z>0 的解的数量。
此外,当 k 是完全平方数时,设 s = √k,那么 y>0 且 z=0 的解是 (s,0),所以有一个这样的解(在有序对中,但它是唯一的)。
在 m(k) 中,对于 y>0 且 z=0,有两个解:(s,0) 和 (-s,0),但在非负解中,我们只取 (s,0)。
类似地,对于 y=0 且 z>0,取 (0,s)。
而对于 a,每个对应一个非负解。
另外,如果 k=0,则只有 (0,0)。
现在,m(k) = 4a + 2*(y>0,z=0 的解的数量) + 2*(y=0,z>0 的解的数量) + 1*[k=0]
但 y>0,z=0 的解的数量:如果 k 是完全平方数,则为 1(即 (s,0) 这个有序对,但在 m(k) 中,它表示两个带符号的实例?我把自己搞糊涂了。
也许更好的理解是:m(k) 是满足 y^2 + z^2 = k 的整数对 (y,z) 的数量。
每个非负解 (y,z) 且 y≥0, z≥0,对应 m(k) 中的一个解。
但 m(k) 包括了负数的解。
具体来说,对于每个非负解 (y,z),其中 y>0, z>0,在 m(k) 中有四个副本:(y,z), (-y,z), (y,-z), (-y,-z)。
如果 y>0, z=0,在 m(k) 中有两个解:(y,0), (-y,0)。
如果 y=0, z>0,两个解:(0,z), (0,-z)。
如果 y=0, z=0,一个解:(0,0)。
所以,令 n(k) 表示非负解的数量。
那么 m(k) = 4 * n(k) 仅当所有解都有 y>0 且 z>0 时成立,但事实并非如此。
实际上,m(k) = 4a + 2b + 2c + d,其中 a 是 y>0, z>0 的解的数量,b 是 y>0, z=0 的数量,c 是 y=0, z>0 的数量,d 是 y=0, z=0 的数量。
但 b 和 c 是每个解,而不是数量。
定义:
令 A 为满足 y>0 且 z>0 的非负解 (y,z) 的数量。所以 A = a。
令 B 为满足 y>0, z=0 的非负解的数量。所以 B = 1 如果 k 是完全平方数,且 s=√k >0,否则为 0。
类似地,C 为满足 y=0, z>0 的非负解的数量。C=1 如果 k 是完全平方数,否则为 0。
令 D 为满足 y=0, z=0 的非负解的数量。D=1 如果 k=0,否则为 0。
那么 n(k) = A + B + C + D。
现在,在 m(k) 中,每个 A 类型的解对应 4 个解(符号变化)。
每个 B 类型的解对应 2 个解:(s,0), (-s,0)。
每个 C 类型的解对应 2 个解:(0,s), (0,-s)。
每个 D 类型的解对应 1 个解:(0,0)。
所以 m(k) = 4A + 2B + 2C + D。
由于 B 和 C 是 0 或 1,且 D 是 0 或 1。
此外,当 k > 0 时,D=0。
当 k 不是完全平方数时,B=0,C=0。
当 k 是完全平方数时,B=1,C=1,假设 k>0。
例如,k=1:n(k)=2:(0,1),(1,0)
A=0(没有 y>0,z>0),B=1((1,0)),C=1((0,1)),D=0。所以 n(k)=0+1+1+0=2。
m(k)=40 + 21 + 2*1 +0 = 4,正确。
k=2:n(k)=1:(1,1)
A=1((1,1)),B=0(因为 z=0 但 y=√2 不是整数),C=0,D=0。n(k)=1。
m(k)=4*1 +0+0+0=4。
k=4:n(k)=3:(0,2),(2,0),(2,2)? 2^2 + 2^2=4,还有 (0,2),(2,0),所以是三个解。
A=1((2,2)?但 y=2>0,z=2>0),B=1((2,0)),C=1((0,2)),D=0。n(k)=1+1+1=3。
m(k)=41 + 21 + 2*1 +0 = 4+2+2=8。确实,解为:(2,2),(-2,2),(2,-2),(-2,-2),(2,0),(-2,0),(0,2),(0,-2)。是的,8个解。
k=0:n(k)=1:(0,0)
A=0,B=0,C=0,D=1。n(k)=1。
m(k)=1。
现在,一般来说,m(k) = 4A + 2B + 2C + D。
但 A = n(k) - B - C - D。
由于 B 和 C 依赖于 k 是否为完全平方数。
设 s = floor(sqrt(k)),那么 n(k) 可以通过对 y 从 0 到 s 求和来计算,如果 k - y^2 是完全平方数,则加 1。
但也许对于这个问题,由于 k 最大为 2025,我可以计算每个 k 的 n(k),但 k 是从 0 到 2025,有 2026 个值,对于每个 k,我需要检查 y 从 0 到 floor(sqrt(k)),看看 k - y^2 是否为完全平方数。
最坏情况下,对于每个 k,最多有 floor(sqrt(k)) + 1 ≈ 45 次检查,所以总共大约 2026 * 45 ≈ 91170 次检查,对于计算机来说可行,但既然这是数学题,也许有更好的方法。
注意,在原始问题中,k = 2025 - x^2,而 x 从 0 到 45,所以 k 取值于 {2025 - x^2 | x=0 到 45},这是平方差,所以 k = (45 - x)(45 + x)。
因为 2025 - x^2 = (45 - x)(45 + x)。
而 x 从 0 到 45,所以 45 - x 从 45 到 0,45 + x 从 45 到 85。
令 a = 45 - x,b = 45 + x,那么 a 从 45 到 0,b 从 45 到 85,并且 b = 90 - a,因为 a + b = 90。
x = (b - a)/2,但既然 x 是整数,a 和 b 必须同奇同偶。
a = 45 - x,b = 45 + x,所以 b - a = 2x,是偶数,而 a + b = 90,是偶数,所以 a 和 b 都是整数,并且由于 x≥0,a≤45,b≥45,且 b = 90 - a。
所以 k = a * b = a(90 - a)。
现在,对于每个 a 从 0 到 45,k = a(90 - a),我需要 n(k),即满足 y^2 + z^2 = k 的非负整数对的数量。
但 k = a(90 - a),而 a 从 0 到 45。
现在,n(k) 是满足 y^2 + z^2 = a(90 - a) 的解的数量。
但我不确定这是否有帮助。
也许我可以计算每个 a 的 n(k)。
由于 k 是确定的,我可以计算每个 x 的 n(2025 - x^2)。
但也许我可以编写一个小程序,但既然这是数学题,我应该手动计算,或者寻找模式。
另一个想法:三个平方和的总数可以通过公式给出,但我不记得了。
我可以利用 2025 是平方数这个事实,并且使用高斯圈的性质,但可能太高级了。
也许可以计算满足 x^2 + y^2 + z^2 ≤ 2025 的解的数量,但我不需要这个。
让我们尝试计算小范围的 x 的 n(k)。
首先,x 从 0 到 45,k = 2025 - x^2。
当 x=45 时,k=0,n(k)=1(y=0,z=0)
当 x=44 时,k=2025 - 1936 = 89,89 是质数,且 89≡1 mod 4,所以它可以表示为两个平方数之和:89=8^2 + 5^2=64+25,所以 n(k)=2:(8,5),(5,8)?但 y 和 z 是非负整数,所以是的,两个解。
根据公式,m(k)=4*(指数 +1),89 是质数 ≡1 mod 4,所以 b_i=1,m(k)=4*(1+1)=8,包括符号和顺序。非负解:两个:(8,5) 和 (5,8)。是的。
当 x=43 时,k=2025 - 1849 = 176。
176 = 16*11 = 2^4 * 11,11≡3 mod 4,指数是 1,是奇数,所以不能表示为两个平方数之和?但 176=14^2 + 2^2=196+4=200>176,13^2=169,176-169=7,不是平方数。12^2=144,176-144=32,不是平方数。11^2=121,176-121=55,不是平方数。10^2=100,76 不是平方数。9^2=81,95 不是。8^2=64,112 不是。7^2=49,127 不是。6^2=36,140 不是。5^2=25,151 不是。4^2=16,160 不是。3^2=9,167 不是。2^2=4,172 不是。1^2=1,175 不是。0^2=0,176 不是平方数。所以确实没有解。n(k)=0。
当 x=42 时,k=2025 - 1764 = 261。
261 除以 9 得 29,所以 3^2 * 29,29≡1 mod 4,所以可以。m(k)=4*(2+1)=12?指数:3^2,所以 b_i 对于 3 是 2?k=929,两者都 ≡1 mod 4?3≡3 mod 4,但指数是 2,是偶数,所以可以。公式:如果 q_j≡3 mod 4 且 c_j 是偶数,那么可以。这里 3^2,c_j=2 是偶数,29≡1 mod 4,b_i=1,所以 m(k)=4(1+1)=8?∏ (b_i +1) 对于 p_i≡1 mod 4,这里只有 29,b_i=1,所以 4*(1+1)=8。
解:261=1^2 + 16^2=1+256=257<261,2^2+16^2=4+256=260<261,3^2+16^2=9+256=265>261,15^2=225,261-225=36=6^2,所以 (15,6)。还有 (6,15),所以两个非负解。m(k)=8:符号和顺序。
(15,6) 及其符号变体,有 4 个:(--,--),(6,15) 及其 4 个,但 (15,6) 和 (6,15) 是不同的有序对,所以总共 8 个。是的。
所以 n(k)=2。
现在,回到问题。
也许我可以计算总和。
由于 k = a(90-a),且 a 从 0 到 45,而 n(k) 是满足 y^2 + z^2 = a(90-a) 的解的个数。
但 I 仍然需要计算每个 a 的 n(k)。
注意,当 a=0 时,k=0*90=0,n=1
a=1,k=1*89=89,n=2
a=2,k=2*88=176,n=0(如前)
a=3,k=3*87=261,n=2
a=4,k=4*86=344
344 除以 8=43,所以 8*43=344,43≡3 mod 4,指数 1 是奇数,所以不能是两个平方数之和。检查:18^2=324, 344-324=20 不是平方数。17^2=289, 344-289=55 不是。16^2=256, 88 不是。15^2=225, 119 不是。14^2=196, 148 不是。13^2=169, 175 不是。12^2=144, 200 不是。11^2=121, 223 不是。10^2=100, 244 不是。9^2=81, 263 不是。8^2=64, 280 不是。7^2=49, 295 不是。6^2=36, 308 不是。5^2=25, 319 不是。4^2=16, 328 不是。3^2=9, 335 不是。2^2=4, 340 不是。1^2=1, 343=7^3,不是平方数。0^2=0, 344 不是平方数。所以 n=0。
a=5,k=5*85=425
425=2517=5^217,17≡1 mod 4,所以 m(k)=4*(2+1)=12?b_i 对于 5 是 2,但 5≡1 mod 4?5÷4=1 余 1,是的。所以 ∏ (b_i +1) = (2+1)(1+1)=32=6,乘以 4 得 24?但包括符号。
非负解:425=20^2 + 5^2=400+25=425,所以 (20,5)。还有 (5,20)。还有 11^2 + 18^2=121+324=445>425,19^2=361, 425-361=64=8^2,所以 (19,8)。(8,19)。还有 15^2 + 10^2=225+100=325<425,17^2=289, 425-289=136 不是平方数。16^2=256, 169 不是平方数。14^2=196, 229 不是。13^2=169, 256=16^2,所以 (13,16)。(16,13)。所以解为:(20,5),(5,20),(19,8),(8,19),(13,16),(16,13)。所以六个解。m(k)=24,因为每个有四个符号组合,但 (20,5) 和 (5,20) 不同,所以 6*4=24,是的。所以 n(k)=6。
a=6,k=6*84=504
504=2^3 * 3^2 * 7,7≡3 mod 4,指数 1 是奇数,所以不能。检查:22^2=484, 504-484=20 不是平方数。21^2=441, 63 不是。20^2=400, 104 不是。19^2=361, 143 不是。18^2=324, 180 不是。17^2=289, 215 不是。16^2=256, 248 不是。15^2=225, 279 不是。14^2=196, 308 不是。13^2=169, 335 不是。12^2=144, 360 不是。11^2=121, 383 不是。10^2=100, 404 不是。9^2=81, 423 不是。8^2=64, 440 不是。7^2=49, 455 不是。6^2=36, 468 不是。5^2=25, 479 不是。4^2=16, 488 不是。3^2=9, 495 不是。2^2=4, 500 不是。1^2=1, 503 不是。0^2=0, 504 不是平方数。所以 n=0。
a=7,k=7*83=581
581 除以 7,83 是质数,581÷7=83,所以 7*83。7≡3 mod 4,指数 1 是奇数,所以不能。检查:24^2=576, 581-576=5 不是平方数。23^2=529, 52 不是。22^2=484, 97 不是。21^2=441, 140 不是。20^2=400, 181 不是。19^2=361, 220 不是。18^2=324, 257 不是。17^2=289, 292 不是。16^2=256, 325 不是。15^2=225, 356 不是。14^2=196, 385 不是。13^2=169, 412 不是。12^2=144, 437 不是。11^2=121, 460 不是。10^2=100, 481 不是。9^2=81, 500 不是。8^2=64, 517 不是。7^2=49, 532 不是。6^2=36, 545 不是。5^2=25, 556 不是。4^2=16, 565 不是。3^2=9, 572 不是。2^2=4, 577 不是。1^2=1, 580 不是。0^2=0, 581 不是平方数。n=0。
a=8,k=8*82=656
656=1641,41≡1 mod 4,所以可以。m(k)=4 (对于 41 是 1+1) =8?k=1641=2^4 * 41,所以 ∏ (b_i+1) 对于 p_i≡1 mod 4,只有 41,b_i=1,所以 42=8。
解:656=16^2 + 16^2=256+256=512<656,20^2=400, 256 不是平方数?24^2=576, 656-576=80 不是平方数。23^2=529, 127 不是。22^2=484, 172 不是。21^2=441, 215 不是。19^2=361, 295 不是。18^2=324, 332 不是。17^2=289, 367 不是。15^2=225, 431 不是。14^2=196, 460 不是。13^2=169, 487 不是。12^2=144, 512 不是。11^2=121, 535 不是。10^2=100, 556 不是。9^2=81, 575 不是。8^2=64, 592 不是。7^2=49, 607 不是。6^2=36, 620 不是。5^2=25, 631 不是。4^2=16, 640 不是平方数。3^2=9, 647 不是。2^2=4, 652 不是。1^2=1, 655 不是。0^2=0, 656 不是平方数。但 16^2 + 16^2=512<656,20^2 + 4^2=400+16=416<656,24^2=576, 656-576=80 不是平方数,但 4^2=16, 640 不是平方数,但 656= (164)^2? 16^2=256,不行。也许 8^2 + 24^2=64+576=640<656,25^2=625, 656-625=31 不是平方数。26^2=676>656。所以没有解?但根据公式,它应该可以。什么?41 是质数 ≡1 mod 4,但 k=1641,而 16 是 2 的幂,所以应该可以。但 656 除以 16 得 41,所以 y^2 + z^2 = 1641。解应为 y=4 a,z=4b,其中 a^2 + b^2=41,但 41=5^2 + 4^2=25+16,所以 y=45=20,z=4*4=16,所以 (20,16)。同样 (16,20)。所以有两个非负解:(20,16) 和 (16,20)。是的,我漏掉了。20^2 + 16^2=400+256=656。所以 n(k)=2。m(k)=8:符号和顺序。
所以 n=2。
a=9,k=9*81=729
729=27^2,所以是一个完全平方数。所以 n(k) 包括 (27,0),(0,27),以及 y>0,z>0 的解。
y^2 + z^2 = 729,所以 y 从 0 到 27。
y=0, z=27
y=1, 728 不是平方数
y=2, 725 不是
...
y=15, 729-225=504 不是平方数
y=16, 729-256=473 不是
y=17, 729-289=440 不是
y=18, 729-324=405 不是
y=19, 729-361=368 不是
y=20, 729-400=329 不是
y=21, 729-441=288 不是
y=22, 729-484=245 不是
y=23, 729-529=200 不是
y=24, 729-576=153 不是
y=25, 729-625=104 不是
y=26, 729-676=53 不是
y=27, z=0
所以只有 (0,27),(27,0),而 (27,0) 是 y=27,z=0,但当 y=27 时,z=0。所以解为:(0,27),(27,0)。但 (27,0) 是当 y=27,z=0,而 (0,27) 是当 y=0,z=27。还有 (27,0) 和 (0,27),但 (27,0) 是否与 (0,27) 不同?是的。但有没有 y=z 的解?27^2 + 27^2=729+729=1458>729,所以没有。所以只有两个解?但 729=27^2 + 0^2,所以是的。但之前当 k 是平方数时,我们还有更多,但这里没有其他解。例如,24^2 + 15^2=576+225=801>729,23^2+18^2=529+324=853>729,等等。所以 n(k)=2。
但 k=729 是平方数,所以 B=1 (y>0,z=0),C=1 (y=0,z>0),A=0,D=0,所以 n(k)=1+1=2。是的。
a=10,k=10*80=800
800=100*8=10^2 * 8,或 2^5 * 5^2。
5≡1 mod 4,b_i=2,所以 m(k)=4*(2+1)=12?∏ (b_i+1) 对于 p_i≡1 mod 4,只有 5,b_i=2,所以 4*(3)=12。
解:800=20^2 + 20^2=400+400=800,所以 (20,20)。还有 28^2=784, 800-784=16=4^2,所以 (28,4)。(4,28)。还有 20^2 + 20^2 已经给出。10^2 + 28^2=100+784=884>800,26^2=676, 124 不是平方数。24^2=576, 224 不是。22^2=484, 316 不是。18^2=324, 476 不是。16^2=256, 544 不是。14^2=196, 604 不是。12^2=144, 656 不是。8^2=64, 736 不是。6^2=36, 764 不是。2^2=4, 796 不是。0^2=0, 800 不是平方数。所以解为:(20,20), (28,4), (4,28)。所以三个非负解。m(k)=12: (20,20) 有 4 个符号组合(但 y 和 z 相同,所以 (20,20), (-20,20), (20,-20), (-20,-20)),(28,4) 有 4 个,(4,28) 有 4 个,总共 12 个。所以 n(k)=3。
以此类推。
这需要一些时间,但也许我可以写一个小程序或找到一种方法来计算总和。
注意,对于每个 x,k=2025 - x^2,而 n(k) 是满足 y^2 + z^2 = k 的解的数量。
在原始问题中,由于方程是对称的,但 x、y、z 在求和式中是对称的,所以也许我可以利用这个性质。
三个平方和的总数可以通过对 x 从 0 到 floor(sqrt(n)) 求和 n(n - x^2) 来找到,这正是我在做的。
所以,我需要计算 sum_{x=0}^{45} n(2025 - x^2)
其中 n(k) 是满足 y^2 + z^2 = k 的非负整数对 (y,z) 的数量。
而 n(k) 可以通过检查 k - y^2 是否为平方数来找到,其中 y 从 0 到 floor(sqrt(k))。
为了计算这个总和,我可以迭代 x 从 0 到 45,对于每个 x,计算 k = 2025 - x^2,然后迭代 y 从 0 到 floor(sqrt(k)),检查 k - y^2 是否为完全平方数。
如果是,则计数。
由于 x 和 y 的范围很小,我可以手动或通过计算器完成。
让我制作一个表格。
首先,x=0,k=2025,n(k)= 满足 y^2 + z^2 = 2025 的解的数量。
2025=45^2,所以 y 从 0 到 45。
y=0, z=45
y=1, 2025-1=2024,不是平方数
y=2, 2025-4=2021,不是
y=3, 2025-9=2016,不是
...
y=5, 2025-25=2000,不是
y=6, 2025-36=1989,不是
y=7, 2025-49=1976,不是
y=8, 2025-64=1961,不是
y=9, 2025-81=1944,44^2=1936,1944-1936=8,不是平方数
y=10, 2025-100=1925,43^2=1849,44^2=1936,1925-1936<0,43^2=1849,1925-1849=76,不是平方数
y=11, 2025-121=1904,43^2=1849,1904-1849=55,不是
y=12, 2025-144=1881,43^2=1849,1881-1849=32,不是
y=13, 2025-169=1856,43^2=1849,1856-1849=7,不是
y=14, 2025-196=1829,42^2=1764,43^2=1849>1829,1829-1764=65,不是平方数
y=15, 2025-225=1800,42^2=1764,1800-1764=36=6^2,所以 z=6,但 y=15, z=6
y=16, 2025-256=1769,42^2=1764,1769-1764=5,不是
y=17, 2025-289=1736,41^2=1681,42^2=1764>1736,1736-1681=55,不是
y=18, 2025-324=1701,41^2=1681,1701-1681=20,不是
y=19, 2025-361=1664,40^2=1600,41^2=1681>1664,1664-1600=64=8^2,所以 z=8,y=19
y=20, 2025-400=1625,40^2=1600,1625-1600=25=5^2,所以 z=5,y=20
y=21, 2025-441=1584,39^2=1521,40^2=1600>1584,1584-1521=63,不是
y=22, 2025-484=1541,39^2=1521,1541-1521=20,不是
y=23, 2025-529=1496,38^2=1444,39^2=1521>1496,1496-1444=52,不是
y=24, 2025-576=1449,38^2=1444,1449-1444=5,不是
y=25, 2025-625=1400,37^2=1369,38^2=1444>1400,1400-1369=31,不是
y=26, 2025-676=1349,36^2=1296,37^2=1369>1349,1349-1296=53,不是
y=27, 2025-729=1296,36^2=1296,所以 z=36,y=27
y=28, 2025-784=1241,35^2=1225,36^2=1296>1241,1241-1225=16=4^2,所以 z=4,y=28
y=29, 2025-841=1184,34^2=1156,35^2=1225>1184,1184-1156=28,不是
y=30, 2025-900=1125,33^2=1089,34^2=1156>1125,1125-1089=36=6^2,所以 z=6,y=30
y=31, 2025-961=1064,32^2=1024,33^2=1089>1064,1064-1024=40,不是
y=32, 2025-1024=1001,31^2=961,32^2=1024>1001,1001-961=40,不是
y=33, 2025-1089=936,30^2=900,31^2=961>936,936-900=36=6^2,所以 z=6,y=33
y=34, 2025-1156=869,29^2=841,30^2=900>869,869-841=28,不是
y=35, 2025-1225=800,28^2=784,29^2=841>800,800-784=16=4^2,所以 z=4,y=35
y=36, 2025-1296=729,27^2=729,所以 z=27,y=36
y=37, 2025-1369=656,25^2=625,26^2=676>656,656-625=31,不是?之前我们有 24^2 + 20^2=576+400=976>656,23^2+17^2=529+289=818>656,22^2+18^2=484+324=808>656,21^2+19^2=441+361=802>656,20^2+16^2=400+256=656,是的,所以 y=37, k-y^2=2025-1369=656,656-20^2=656-400=256=16^2,所以 z=16,但 y=37, z=16
同样地,y=38, k=2025-1444=581,如前所述,没有解
y=39, 2025-1521=504,没有解
y=40, 2025-1600=425,我们有 (5,20),(20,5),但 y=40, k-y^2=425,所以 z^2=425,z=5 或 20?但这是针对固定的 y。当 y=40 时,z^2=425,z=20 或 5,但 20^2=400,5^2=25,所以 (40,20) 和 (40,5)?不:对于每个 y,我们得到对应的 z。所以当 y=40 时,z^2=425,z=√425=5√17,不是整数。所以没有解?但之前对于 k=425,有 (20,5) 等,但那是当 x 不同时。这里对于 x=0, k=2025,y=40,z 需要满足 z^2=2025-1600=425,而 425 不是完全平方数,因为 20^2=400,21^2=441>425。所以没有整数 z。同样地,对于 y=41, 2025-1681=344,不是平方数。y=42, 2025-1764=261,有解,但 y=42, z^2=261,z=√261,16^2=256,17^2=289>261,261-256=5,不是平方数,所以没有整数 z。y=43, 2025-1849=176,没有。y=44, 2025-1936=89,有 (8,5) 等,但 y=44, z^2=89,z=√89 不是整数。y=45, z=0。
所以列出我们找到的解:
y=0, z=45
y=15, z=6
y=19, z=8
y=20, z=5 ?2025-400=1625,40^2=1600,1625-1600=25,所以 z=5,是的 (20,5)
y=27, z=36
y=28, z=4
y=30, z=6
y=33, z=6
y=35, z=4
y=36, z=27
y=37, z=16 ?2025-1369=656,656-256=400?z^2=656,25^2=625,26^2=676>656,656-625=31 不是平方数,但 16^2=256,20^2=400,256+400=656,所以当 y=37 时,z=16?37^2=1369,2025-1369=656,而 16^2=256,但 256 ≠ 656,z 需要满足 z^2=656,而 25.6^2=655.36,不是整数。但 24^2=576,28^2=784>656,656-576=80 不是平方数,所以没有,我弄错了。
早期的:当 y=16 时,k-y^2=2025-256=1769,不是平方数。对于 y=37,656 不是平方数。但之前对于 k=656,有 (20,16),但那是当 k=656 时,这里 k=2025。
所以对于 y=37,没有解。
继续:
y=38, 581 不是平方数
y=39, 504 不是
y=40, 425 不是平方数
y=41, 344 不是
y=42, 261 不是平方数(16^2=256,261-256=5 不是平方数)
y=43, 176 不是
y=44, 89 不是平方数
y=45, z=0
现在,我们已有的解: (0,45), (15,6), (19,8), (20,5), (27,36), (28,4), (30,6), (33,6), (35,4), (36,27)
(27,36) 和 (36,27) 都列出了。
现在,还有更多吗?y=6, z=15?但当 y=6 时,k-y^2=2025-36=1989,不是平方数。同样地,y=5 时,2025-25=2000,不是平方数。y=8 时,2025-64=1961,不是。y=4 时,2025-16=2009,不是。y=6 时,1989 不是平方数。
但 (6,15) 应该是一个解,但当 y=6 时,z^2=1989,z=√1989,44^2=1936,45^2=2025>1989,1989-1936=53,不是平方数,所以没有整数 z。类似地,对于 y=6,没有解,但 (15,6) 是当 y=15 时,z=6。
所以解是:
(0,45), (15,6), (19,8), (20,5), (27,36), (28,4), (30,6), (33,6), (35,4), (36,27)
(36,27) 是 y=36, z=27。
现在,还有 (45,0) 当 y=45, z=0。
还有 (27,36) 和 (36,27),但 (27,36) 已列出。
(6,15) 缺失,但如前所述,当 y=6 时,没有解。
类似地,(8,19) 当 y=8 时,2025-64=1961,44^2=1936,1961-1936=25,所以 z=44?44^2=1936,1961-1936=25,所以 z=5?但 z^2=1961,z=44.28,不是整数。44^2=1936,45^2=2025,1961 - 1936 = 25,但 1936 + 25 = 1961,所以 z=5?但 y=8, z=5,8^2 + 5^2=64+25=89 ≠2025。错误。
对于 y=8,k-y^2=2025-64=1961,而 1961 是完全平方数吗?44^2=1936,45^2=2025,1961-1936=25,所以 1961 = 44^2 + 25,但 25 是 5^2,但这是 y 和 z 的,但这里是固定 y,求 z,所以 z^2=1961,而 44.28^2=1961.5184,44.2^2=1953.64,44.3^2=1962.49>1961,44.29^2=1961.0041,接近但 44.28^2= (44 + 0.28)^2=1936 + 2440.28 + 0.28^2=1936 + 24.64 + 0.0784=1960.7184,44.29^2=1936 + 2440.29 + 0.29^2=1936 + 25.52 + 0.0841=1961.6041,太大,1961 - 1936 = 25,所以 (44 + a)^2 = 1936 + 88a + a^2 = 1961,所以 88a + a^2 = 25,a=25/88≈0.284,0.284^2=0.080656,88*0.284=24.992,总和 25.072656 > 25,所以不是整数。所以没有。
类似地,其他 y 也没有。
但 (5,20) 怎么样:当 y=5 时,2025-25=2000,不是平方数。但当 y=20 时,我们有 (20,5)。
类似地,(6,15) 当 y=6 时,1989 不是平方数。
所以列表中的 10 个解: (0,45), (15,6), (19,8), (20,5), (27,36), (28,4), (30,6), (33,6), (35,4), (36,27)
(45,0) 缺失,当 y=45 时,z=0。
还有 (4,28) 当 y=4 时,2025-16=2009,不是平方数。
(8,19) 没有。
(6,30) 当 y=6 时,没有。
(4,35) 当 y=4 时,没有。
(6,33) 当 y=6 时,没有。
(27,36) 和 (36,27) 都有。
但 (44,8) 没有,等等。
还有 (45,0) 当 y=45 时。
还有 (0,45) 已列出。
那么 (9,42) 呢?81+1764=1845<2025,2025-81=1944,42^2=1764,43^2=1849,44^2=1936,1944-1936=8,不是平方数。
(12,39) 144+1521=1665<2025,2025-144=1881,43^2=1849,1881-1849=32,不是平方数。
(18,24) 324+576=900<2025,2025-324=1701,41^2=1681,1701-1681=20,不是。
(21,28) 441+784=1225<2025,2025-441=1584,39^2=1521,40^2=1600>1584,1584-1521=63,不是。
(24,27) 576+729=1305<2025,2025-576=1449,38^2=1444,1449-1444=5,不是。
(25,30) 625+900=1525<2025,2025-625=1400,37^2=1369,38^2=1444>1400,1400-1369=31,不是。
(32,31) 1024+961=1985<2025,2025-1024=1001,31^2=961,32^2=1024>1001,1001-961=40,不是。
所以可能只有我们已有的那些。
但 (30,6) 和 (6,30) 没有,但 (30,6) 在列表中。
列表: (0,45), (15,6), (19,8), (20,5), (27,36), (28,4), (30,6), (33,6), (35,4), (36,27), (45,0)
(45,0) 是额外的,所以是 11 个解?但 (27,36) 和 (36,27) 是不同的。
所以 11 个解。
但 (6,15) 不在列表中,因为当 y=6 时没有解。
类似地。(5,20) 不在列表中。
所以对于 k=2025,n(k)=11。
确认:解为:
(0,45), (45,0)
(15,6), (6,15) 缺失
(19,8), (8,19) 缺失
(20,5), (5,20) 缺失
(27,36), (36,27)
(28,4), (4,28) 缺失
(30,6), (6,30) 缺失
(33,6), (6,33) 缺失
(35,4), (4,35) 缺失
(36,27) 已包含
(27,36) 已包含
所以只有 (0,45), (45,0), (15,6), (19,8), (20,5), (27,36), (28,4), (30,6), (33,6), (35,4), (36,27) — 11 个解。
但 (36,27) 和 (27,36) 都包含了。
现在,对于 x=0,n(k)=11。
但 x 是固定的,对于每个 x,我们计算 n(2025 - x^2),即满足 y^2 + z^2 = 2025 - x^2 的 (y,z) 对数。
在原始问题中,对于每个 x,我们添加 n(k) 到总和中。
当 x=0 时,n(2025)=11。
现在 x=1,k=2025-1=2024。
2024 除以 8=253,2024/8=253,253/11=23,所以 81123=2024。
23≡3 mod 4,指数 1 是奇数,所以不能是两个平方数之和。检查 y 从 0 到 44,2024 - y^2 是平方数吗?44^2=1936,2024-1936=88 不是平方数。43^2=1849,2024-1849=175 不是。42^2=1764,260 不是。41^2=1681,343 不是。40^2=1600,424 不是。39^2=1521,503 不是。38^2=1444,580 不是。37^2=1369,655 不是。36^2=1296,728 不是。35^2=1225,799 不是。34^2=1156,868 不是。33^2=1089,935 不是。32^2=1024,1000 不是。31^2=961,1063 不是。30^2=900,1124 不是。29^2=841,1183 不是。28^2=784,1240 不是。27^2=729,1295 不是。26^2=676,1348 不是。25^2=625,1399 不是。24^2=576,1448 不是。23^2=529,1495 不是。22^2=484,1540 不是。21^2=441,1583 不是。20^2=400,1624 不是。19^2=361,1663 不是。18^2=324,1700 不是。17^2=289,1735 不是。16^2=256,1768 不是。15^2=225,1799 不是。14^2=196,1828 不是。13^2=169,1855 不是。12^2=144,1880 不是。11^2=121,1903 不是。10^2=100,1924 不是。9^2=81,1943 不是。8^2=64,1960 不是。7^2=49,1975 不是。6^2=36,1988 不是。5^2=25,1999 不是。4^2=16,2008 不是。3^2=9,2015 不是。2^2=4,2020 不是。1^2=1,2023 不是。0^2=0,2024 不是平方数。所以 n=0。
x=2,k=2025-4=2021,是质数吗?2021 除以 3=673.666,除以 7=288.714,11=183.727,13=155.461,17=118.882,19=106.368,23=87.869,29=69.689,31=65.193,37=54.621,41=49.292,43=47,4347=2021?4047=1880,347=141,总和 2021,是的,4347=2021。43≡3 mod 4,47≡3 mod 4,指数都是 1,是奇数,所以不能。n=0。
x=3,k=2025-9=2016。
2016=2^5 * 3^2 * 7,7≡3 mod 4,指数 1 是奇数,所以不能。n=0。
x=4,k=2025-16=2009。
2009 除以 7=287,7287=2009?7280=1960,77=49,总和 2009,是的。287 除以 7=41,所以 7^2 * 41。7≡3 mod 4,指数 2 是偶数,41≡1 mod 4,b_i=1,所以可以。m(k)=4(1+1)=8?∏ (b_i+1) 对于 p_i≡1 mod 4,只有 41,所以 4*2=8。
解:y^2 + z^2=2009。41^2=1681,2009-1681=328 不是平方数。40^2=1600,409 不是。39^2=1521,488 不是。38^2=1444,565 不是。37^2=1369,640 不是。36^2=1296,713 不是。35^2=1225,784=28^2,所以 (35,28)。(28,35)。43^2=1849,2009-1849=160 不是平方数。42^2=1764,245 不是。44^2=1936,73 不是。45^2=2025>2009。所以 (35,28),(28,35)。n(k)=2。
x=5,k=2025-25=2000。
2000=2^4 * 5^3,5≡1 mod 4,b_i=3,所以 m(k)=4*(3+1)=16。
解:y^2 + z^2=2000。44^2=1936,2000-1936=64=8^2,所以 (44,8)。(8,44)。40^2 + 20^2=1600+400=2000,所以 (40,20)。(20,40)。30^2 + 40^2=900+1600=2500>2000,35^2=1225,775 不是平方数。36^2=1296,704 不是。37^2=1369,631 不是。38^2=1444,556 不是。39^2=1521,479 不是。41^2=1681,319 不是。42^2=1764,236 不是。43^2=1849,151 不是。0 到 44 的其他值。所以 (40,20),(20,40),(44,8),(8,44)。n(k)=4。
x=6,k=2025-36=1989。
1989 除以 3=663,663/3=221,221/13=17,所以 3^2 * 13 * 17。13≡1 mod 4,17≡1 mod 4,所以可以。m(k)=4*(1+1)(1+1)=42*2=16。
解:1989-44^2=1989-1936=53 不是平方数。43^2=1849,1989-1849=140 不是。42^2=1764,225=15^2,所以 (42,15)。(15,42)。41^2=1681,308 不是。40^2=1600,389 不是。39^2=1521,468 不是。38^2=1444,545 不是。37^2=1369,620 不是。36^2=1296,693 不是。35^2=1225,764 不是。34^2=1156,833 不是。33^2=1089,900=30^2,所以 (33,30)。(30,33)。31^2=961,1028 不是。29^2=841,1148 不是。28^2=784,1205 不是。27^2=729,1260 不是。26^2=676,1313 不是。25^2=625,1364 不是。24^2=576,1413 不是。23^2=529,1460 不是。22^2=484,1505 不是。21^2=441,1548 不是。20^2=400,1589 不是。19^2=361,1628 不是。18^2=324,1665 不是。17^2=289,1700 不是。16^2=256,1733 不是。15^2=225,1764=42^2,所以 (15,42) 已有。14^2=196,1793 不是。等等。所以 (42,15),(15,42),(33,30),(30,33)。n(k)=4。
这太繁琐了,也许我可以写一个小的脚本,但既然我是在手动操作,也许我可以假设我计算了总和,或者寻找一种方法。
我在网上找到了一种方法,或者回忆起来,三个平方和的数量是 (2n+1) 乘以某个东西,但我不确定。
另一个想法:总和 sum_{x=0}^{45} n(2025 - x^2) 等于满足 x^2 + y^2 + z^2 = 2025 的解的数量,这正是我们想要的。
每个满足 x^2 + y^2 + z^2 = 2025 的三元组 (x,y,z) 贡献 1,而在总和中,对于每个 x,我们添加满足 y^2 + z^2 = 2025 - x^2 的 (y,z) 的数量,所以是的,总和正是我们想要的。
但为了计算它,我需要计算它。
也许 2025 是 45^2,而 45 很小,所以我可以计算所有满足 x^2 + y^2 + z^2 ≤ 2025 的解,但我不需要这样。
或者使用公式。
经过搜索我的记忆,对于 n = k^2,三个平方和的数量是已知的,但我不记得了。
也许我可以利用 2025 是奇数这一事实,但没什么帮助。
另一个想法:在数论中,三个平方和的数量与系数 r_3(n) 有关,它是 12 倍的类数之类的东西,但可能太复杂了。
也许对于 n = k^2,它是 6k + 2 或类似的东西,但当 k=1 时,n=1,解为 (1,0,0) 及其排列,所以 3 个解,6*1+2=8,不对。
(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),所以 3 个解。
当 k=2 时,n=4,解为 (2,0,0) 及其排列,3 个解; (0,2,0) 相同; (0,0,2);还有 (1,1,√2) 不是整数; (2,0,0) 等;还有 (0,0,2),但 (1,1,√2) 不行,所以只有 3 个解:每个位置是 2 或 0,但 2^2+0^2+0^2=4,所以 (2,0,0),(0,2,0),(0,0,2)。没有其他,所以 3 个解。
6*2+2=14,不对。
当 k=3 时,n=9,解为 (3,0,0) 及其排列:3 个解; (2,2,1) 4+4+1=9,所以 (2,2,1),(2,1,2),(1,2,2),所以 3 个解;总共 6 个解。
6*3+2=20,不对。
也许 r_3(n) = 6 如果 n 是平方数,但 n=1 时是 3,n=4 时是 3,n=9 时是 6,不对。
r_3(n) 通常包括负数和顺序,所以对于 n=1,r_3(1) = 8?(1,0,0) 有 6 个排列?不,对于三个平方和,r_3(n) 是满足 x^2+y^2+z^2=n 的整数解的数量,包括负数。
对于 n=1,解为:x,y,z 中一个为 ±1,其余为 0,所以 3 个位置 *2 个符号 = 6 个解?(1,0,0),(-1,0,0),(0,1,0),(0,-1,0),(0,0,1),(0,0,-1),所以 6 个解。
通常 r_3(n) 包括所有整数。
对于 n=0,r_3(0)=1:(0,0,0)
对于 n=1,6 个解。
对于 n=2,(1,1,0) 及其符号和排列:每个坐标可以是 ±1 或 0,但 x^2+y^2+z^2=2,所以两个是 ±1,一个是 0。
选择哪个是 0 的位置:3 种选择,然后另外两个是 ±1,所以 2^2=4 种选择,总共 3*4=12 个解?例如:(1,1,0),(1,-1,0),(-1,1,0),(-1,-1,0),同样 (1,0,1) 等,所以是的,12 个解。
对于 n=3,不能,r_3(3)=0。
对于 n=4,(2,0,0) 及其符号和排列:3 个位置 *2 个符号(对于 2)*1(对于 0)=6 个解,但 (2,0,0) 等,还有 (0,2,0) 等,但这是包含的。还有 (1,1,√2) 不是整数,所以只有 6 个解?(2,0,0) 有 3 个位置,每个有 2 个符号,所以 6 个解。但 (0,0,2) 包含在内。还有 (1,1,√2) 不是,所以 6 个解。
但对于我们的问题,我们只需要非负整数,并且可能 order 无关,但问题中我们需要有序三元组,所以可能 r_3(n) 是包含符号和顺序的。
在 r_3(n) 中,它包括了所有整数解,所以是有序三元组,包括负数和零。
对于我们的目的,我们需要非负整数解,所以 y≥0, z≥0,但 x 也是。
在 r_3(n) 中,对于每个解 (x,y,z),其中 x,y,z 是整数,但在我们的情况中,我们想要 x,y,z ≥0。
所以,对于 n>0,非负解的数量可以通过 r_3(n) 除以 8 或类似的方式得到,但这不是精确的,因为当有零时。
例如,n=1,r_3(1)=6,非负解为:(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),所以 3 个,6/2=3,但 2 是 2^1 或类似的东西。
一般来说,对于 n>0,非负解的数量是 r_3(n) / 8 如果 n 不是平方数,但 n=1 是平方数,r_3=6,6/2=3,但 2 是 2^1。
也许是根据对称性。
对于 n=2025,我可以计算 r_3(2025),然后除以 8 或类似的操作。
首先,r_3(n) 的公式。
r_3(n) = 12 * (1 if n≡1 or 2 mod 4, else 0) 之类的,但我不确定。
标准公式:如果 n 是 3 的倍数,则 r_3(n) = 0 如果 n ≡ 7 mod 8,否则为 12 乘以某个东西。
更精确地说:r_3(n) = 0 如果 n ≡ 7 mod 8。
否则, r_3(n) = 12 * (número of ways to write n as a sum of three squares with odd index or something) 但很复杂。
我记得对于 n = k^2, r_3(n) 是可以计算的。
2025 = 45^2,45 = 95,所以 2025 = 8125。
也许可以递归地计算。
但这可能比手动计算更麻烦。
也许我可以接受我需要计算从 x=0 到 45 的 n(2025 - x^2) 的总和,我可以查一下或者用程序计算。
假设我计算了它,或者假设我知道它是 33 或类似的东西。
另一个想法:在 online 上或记忆中,对于 n= k^2,三个平方数的数量是 6k 如果 k 是偶数,6k+2 如果 k 是奇数,但 k=1 时,6*1+2=8,但我们是 3,不对。
k=3,6*3+2=20,但我们是 6,不对。
也许 r_3(n) 对于 n=k^2 是 6k 如果 k 是奇数,但 k=1 时是 6,我们是 3 个非负解,但 r_3 是 6,所以 r_3(n) = 6k 对于 k 是奇数?k=1,61=6,是的;k=3,63=18,但之前对于 n=9,解: (3,0,0) 有 6 个解(符号和排列),(2,2,1) 及其排列:选择哪个是 1:3 种选择,然后 1 有 2 个符号,2 有 2 个符号,所以 3*4=12 个解,总共 6+12=18,是的。所以 r_3(9) = 18。
对于 k=5,n=25,r_3(25) = 65=30?解: (5,0,0) 及其排列:32=6 个解(位置和符号),(4,3,0) 及其排列:选择哪个是 0:3 种选择,然后 4 和 3 各有 2 个符号,所以 34=12 个解,(3,4,0) 相同,但已包含,(3,3,√7) 不是, (4,3,0) 已包含,(1,3,√15) 不是, (5,0,0) 已包含,(3,4,0) 已包含,还有 (1,2,√20) 不是, (0,3,4) 已包含,还有 (5,0,0) 等,那么 (1,2,√20) 不是, (2,3,√12) 不是, (3,3,√7) 不是, (4,4,√-7) 不是,所以只有 (5,0,0) 和 (4,3,0) 类型。所以 6 + 12 = 18,但 65=30,18<30,所以不对。对于 (4,3,0),当我们有 (4,3,0) 时,排列: (4,3,0), (4,0,3), (3,4,0), (3,0,4), (0,4,3), (0,3,4),所以 6 种排列,每种有 4 个符号变体(4 和 3 各有两个符号),所以 6*4=24 个解。 (5,0,0) 3 个位置 *2 个符号 = 6 个解。总共 24+6=30,是的。所以 r_3(25)=30。
对于非负解,我们有 (5,0,0) 及其排列:3 个解(因为 y,z ≥0,所以 (5,0,0),(0,5,0),(0,0,5)),(4,3,0) 及其排列: (4,3,0),(4,0,3),(3,4,0),(3,0,4),(0,4,3),(0,3,4),所以 6 个解。总共 3+6=9 个非负解。
回到 n=2025=45^2,所以 r_3(2025) = 6*45 = 270。
然后,对于非负解,我们需要除以符号和零的因子。
每个非负解 (a,b,c) 对应 r_3(n) 中的 8 个解,如果 a,b,c >0,因为每个符号有 8 种组合(每个坐标取负或正)。
如果有一个零,比如 c=0,那么 (a,b,0) 对应 r_3(n) 中的 4 个解:(±a,±b,0),符号组合。
同样,如果有两个零,比如 (a,0,0),对应 2 个解:(a,0,0), (-a,0,0)。
如果三个都零,一个解。
所以,对于 n>0,令 P 为满足 a>b>c>0 的解的数量,但为了计数,令 A 为所有组件为正的解的数量。
B 为恰好一个零的解的数量。
C 为恰好两个零的解的数量。
D 为三个零都为零的解的数量。
那么 n(k) = A + B + C + D。
在 r_3(n) 中,每个 A 类型的解对应 8 个解(符号)。
每个 B 类型的解对应 4 个解(符号,零的位置固定)。
每个 C 类型的解对应 2 个解(符号)。
D 对应 1 个解。
所以 r_3(n) = 8A + 4B + 2C + D。
对于 n=2025>0,D=0。
所以 r_3(n) = 8A + 4B + 2C。
另外,非负解的总数 N = A + B + C。
我们想要的是 N。
从 r_3(n) = 8A + 4B + 2C = 2(4A + 2B + C)
而 N = A + B + C。
所以 r_3(n) = 2(4A + 2B + C) = 2(3A + B + C + (A + B)) = 2(2N + (A + B)) 等等,不是很好。
r_3(n) = 8A + 4B + 2C = 2(4A + 2B + C)
N = A + B + C
令 S = A + B,则 C = N - S,但可能没帮助。
注意 r_3(n) / 2 = 4A + 2