Kwadratowo

W komentarzach pod poprzednim wpisem programiści goszczący w Łamiblogu ustalili, że para liczb naturalnych (287, 287) jest jedyną taką, że wyniki czterech podstawowych działań na tej parze są liczbami naturalnymi nieujemnymi, składającymi się łącznie z dziesięciu różnych cyfr. A konkretnie: suma S=287+287=574, różnica D=287–287=0, iloczyn P=287×287=82369, iloraz Q=287:287=1.
Zadania polegające na szukaniu pary liczb spełniających określone warunki, ale oczywiście obliczeniowo znacznie prostsze niż powyższe, kojarzą mi się ze szkołą. W większości z nich kluczem do rozwiązania są wyniki dwóch działań między szukanymi liczbami – zwykle dodawania i mnożenia. Rozwiązywanie sprowadza się do ułożenia równania drugiego stopnia, choć co sprytniejsi uczniowie rozkładają iloczyn na czynniki pierwsze i z tych czynników składają taką mnożną i mnożnik, które byłyby równocześnie składnikami dodawania z podaną sumą. Na przykład w zadaniu z podręcznika dla liceum należy znaleźć dwie liczby, których suma równa jest 22, a iloczyn 105. Formalnie poprawne, a ze szkolnego punktu widzenia wręcz obowiązkowe jest ułożenie równania, obliczenie wyróżnika itd. Ale prościej rozłożyć 105 na czynniki pierwsze (3×5×7) i zauważyć, że 3×5+7=15+7=22. Tylko że za taki sposób rozwiązania można dostać pałę.
Wracając do znacznie trudniejszych przypadków, proponuję wariację na temat sprzed tygodnia. Proszę spróbować znaleźć parę takich różnych liczb całkowitych dodatnich, których suma, różnica, iloczyn i iloraz są kwadratami. Wyróżniłem różnych, bo o pary bliźniacze – w rodzaju powyższej (287, 287) – bardzo łatwo: każda złożona z dwu jednakowych połówek kwadratu spełnia warunki zadania. Na przykład (18, 18) – S=36, D=0, P=324, Q=1. Szczerze pisząc, próbowałem szukać takich par, wspomagając się nieudolnie komputerem, ale bezskutecznie. Znalazłem sporo par dających trzy wyniki-kwadraty, ale jednego zawsze brakowało, zwykle sumy lub różnicy. Na przykład: dla (3, 12) S=15, a dla (5, 20) D=15 – w obu przypadkach pozostałe trzy wyniki to kwadraty. Jeśli natomiast, korzystając z trójek pitagorejskich dobrać taką parę, aby kwadratami była suma i różnica, np. (5, 4), (13, 12), (17, 8),… itd., to jest kłopot z „ukwadratowieniem” iloczynu, a zwłaszcza ilorazu. Mam więc wątpliwości czy czterokwadratowe różnoliczbowe pary w ogóle istnieją. A jeśli tak właśnie jest, to może komuś uda się to nieistnienie udowodnić.
PS możliwy jest też ogólniejszy wariant: cztery wyniki powinny być dowolnymi potęgami (oczywiście oprócz pierwszej).

Komentarze z prawidłowym rozwiązaniem ujawniane są wieczorem w przeddzień kolejnego wpisu (z błędnym zwykle od razu). Wpisy pojawiają się co 7 dni.