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勾股數
來源:互聯網

勾股數,又名畢氏三元數(Pythagorean triple),指能夠構成直角三角形三條邊的三個正整數。勾股數滿足勾股定理,即直角三角形兩條直角邊a、b的平方和等于斜邊c的平方(a2+b2=c2),常見的勾股數有(3,4,5)(5,12,13)等,其中(3,4,5)俗稱“勾三,股四,弦五”。

歷史

中國

勾股數與勾股定理在中國有著悠久的歷史,中國古代將較短的直角邊稱為勾,較長直角邊稱為股,而斜邊稱為弦,故稱指能夠構成直角三角形三條邊的三個正整數為“勾股數”。

中國關于勾股數的最早記載為《周髀算經》的卷首中,西周開國時期的大夫商高在與周公對話時提到:“故折矩,以為勾廣三,股修四,徑隅五。”

中國關于普遍勾股定理的最早記載為《周算經》的第二卷中,陳子在與榮方對話時提到測日法:“若求邪至日者,以日下為勾,日高為股,勻股各自成,并而開方除之。得邪至日,從所衰至日所十萬里。”在陳子的時代,認為地是平的,太陽垂直照射于地,垂足叫日下點,觀測點、日下點、太陽三點構成直角三角形中日高為股,日下為勾,則勾股平方和的開方為邪至日。

九章算術》第九卷中也包含了勾、股、弦以及三者關系等內容,所設勾股數僅互質的就有八組之多。

西方

西方關于勾股數的最早記載為Plimpton 322泥板上的數,表明巴比倫在公元前1700年已發現勾股定理。勾股定理在西方被稱為Pythagoras定理,它以公元前6世紀希臘哲學家和數學家的名字命名。

拜占庭學者Proclus(公元5世紀)在其數學史專著中指出 “ 希臘Rhodes島的Eudemus(公元前4世紀)稱Pythagoras學派發明此定理,所以勾股定理在西方被稱為畢達哥拉斯定理,因此勾股數別名“畢氏三元數”。希臘利奧六世柏拉圖(公元前427一前347年)對此定理僅就其特殊情況作了圖證”。

西方對勾股定理的明文記載始見于Euclid (公元前330一前275年)《幾何原本》,他利用圖形分割、全等三角形以及面積關系等知識進行演繹推理

定義

勾股數指能夠構成直角三角形三條邊的三個正整數,根據勾股定理,。

常見勾股數

公式

基本公式

,,,其中

證明方法

假設,且

若均為奇數,則,與2不是模4的二次剩余矛盾

所以中必有一個偶數,不妨設,等式化為

為偶數,則同奇偶,作代換:,顯然M,N為正整數

假設不成立,即存在質數,使得,

那么, 從而, 從而

這與矛盾,所以得證

根據算術基本定理:一個大于1的正整數n,如果它的標準分解式為,那么它的正因數個數

,其中等均為偶數,等均為質數

如果對于某個,的因子為奇數個,則對應的因子必為奇數

從而,,矛盾

則對于所有質因子,,即M,N都是平方數

則不妨設,從而有

解得,

應用

無法通過公式計算出所有的基本勾股數和派生勾股數,例如3,4,5;6,8,10;9,12,15等勾股數就不能全部被公式覆蓋。

相關推論

通過同乘以任意整數的方法求得所有解:

其中,,m和n必須為一奇一偶,t為正整數

(參考資料)

完全公式

當m為奇數時,k={1,的所有小于m的因子}

當m為偶數時,k={的所有小于m的偶數因子}

不同勾股數(a,b,c)的組數N等于k的可取值個數,可由算數基本定理求出

算數基本定理:一個大于1的正整數n,如果它的標準分解式為,那么它的正因數個數

當m為奇數時,

當m為偶數時,

其中,為互不相同的奇素數,為冪指數。

應用

求出基本勾股數與派生勾股數,以及勾股數的組數。

舉例

當m為偶數432時,k={的所有小于432的偶數因子}= {2,4,6,8,12,16,18,24,32,36,48,54,64,72,96,108,128,144,162,192,216,288,324,384}

將及24組不同k值分別代入,求得b、c

即得直角邊時的基本勾股數與派生勾股數。

(參考資料)

簡便求解方法

類型一

公式

當a為大于1的奇數2n+1時,b=2n2+2n,c=2n2+2n+1,即把a的平方數拆成兩個連續自然數b和c。

舉例

n=1時

n=2時

n=3時

…以此類推

特點

此外由于兩個連續自然數必然互質,則此方法得到的勾股數組全部是互質的

類型二

公式

當a為大于4的偶數2n時,b=n2-1,c=n2+1,即把a的一半的平方分別減1和加1。

舉例

n=3時

n=4時

n=5時

…以此類推

特點

此外當n為奇數時,由于(a,b,c)是三個偶數,得到的勾股數組必然不是互質的;

當n為偶數時,由于b、c是兩個連續奇數必然互質,得到的勾股數組互質。

推廣

若想得到互質的數組,求解方法為:對于 (),,例如:

n=2時

n=3時

n=4時

…以此類推

(參考資料)

參考資料 >

..2023-10-11

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