在坐標平面上,其 $x$ 坐標與 $y$ 坐標都是整數的點稱為「格子點」。試問滿足方程式 $\log_2 (x-1) = \log_4 (25-y^2)$ 的格子點 $(x, y)$ 共有幾個?
- $4$ 個
- $5$ 個
- $6$ 個
- $8$ 個
- $12$ 個
詳解
由方程式 $\log_2 (x-1) = \log_4 (25-y^2)$ 知:
1. 真數需為正:$x-1 > 0 \implies x > 1$,且 $25-y^2 > 0 \implies y^2 < 25$。
2. 化為同底:$\log_4 (x-1)^2 = \log_4 (25-y^2) \implies (x-1)^2 = 25-y^2 \implies (x-1)^2 + y^2 = 25$。
設 $X = x-1$,則 $X$ 為正整數且 $X^2 + y^2 = 25$。
正整數平方和為 $25$ 的組合有:
(i) $X^2 = 9, y^2 = 16 \implies X = 3, y = \pm 4$(對應 $(x, y) = (4, 4), (4, -4)$)
(ii) $X^2 = 16, y^2 = 9 \implies X = 4, y = \pm 3$(對應 $(x, y) = (5, 3), (5, -3)$)
(iii) $X^2 = 25, y^2 = 0 \implies X = 5, y = 0$(對應 $(x, y) = (6, 0)$)
共有 $5$ 個格子點。
故選 (2)。