在數(shù)學(xué)興趣小組的活動(dòng)中,顧老師給我們出了這樣一道題:
題目很簡單,過程稍復(fù)雜,同學(xué)們,看招:哥哥叫弟弟計(jì)算兩個(gè)整數(shù)的平方和,弟弟給出答案2012. 哥哥說,錯(cuò)了.你能證明弟弟算錯(cuò)了嗎?
略加思索,我就在紙上算了起來.
解:假設(shè)存在這樣的兩個(gè)數(shù),它們的平方和等于2012.
因?yàn)?2=0,12=1,22=4,32=9,42=16,52=25,62=36,72=49,82=64,92=81.
所以,一個(gè)數(shù)的平方,個(gè)位上的數(shù)只能是0,1,4,9,6,5.
又因?yàn)?012的個(gè)位是2,所以這兩個(gè)數(shù)平方后個(gè)位上應(yīng)該都是1或都是6.所以這兩個(gè)數(shù)只能有下面6種可能:
{1}個(gè)位上都是1的兩個(gè)數(shù);{2}個(gè)位上都是9的兩個(gè)數(shù);{3}個(gè)位上是1和9的兩個(gè)數(shù);{4}個(gè)位上都是4的兩個(gè)數(shù);{5}個(gè)位上都是6的兩個(gè)數(shù);{6}個(gè)位上是4和6的兩個(gè)數(shù).
先看情況{6hd3Xu+apst5m/6oBUfmQcA==}:假設(shè)這兩個(gè)數(shù)為10x+4和10y+6,列方程得:
?。?0x+4)2+(10y+6)2=2012(x、y均為整數(shù)).
整理,得:5(x2+y2)+2(2x+3y)=98.
分三種情況討論:
當(dāng)x和y為一奇一偶兩個(gè)數(shù)時(shí),5(x2+y2)為奇數(shù),方程5(x2+y2)+2(2x+3y)=98的左邊為一奇數(shù),右邊為一偶數(shù),所以無整數(shù)解.
當(dāng)x和y為兩個(gè)奇數(shù)時(shí),設(shè)x=2m+1,y=2n+1,代入方程5(x2+y2)+2(2x+3y)=98,整理得:10(m2+m+n2+n)+2(2m+3n)=39.此方程左邊為一偶數(shù),右邊為一奇數(shù),所以m、n無整數(shù)解.
當(dāng)x和y為兩個(gè)偶數(shù)時(shí),同理可得,方程5(x2+y2)+2(2x+3y)=98也無整數(shù)解.
所以,方程(10x+4)2+(10y+6)2=2012無整數(shù)解.
同理可得,方程(10x+1)2+(10y+1)2=2012,(10x+9)2+(10y+9)2=2012,
?。?0x+1)2+(10y+9)2=2012,(10x+4)2+(10y+4)2=2012,(10x+6)2+(10y+6)2=2012也無整數(shù)解.
綜上所述,不存在這樣的兩個(gè)整數(shù),它們的平方和等于2012,所以弟弟肯定算錯(cuò)了.
我作出了上面的解答. 顧老師說:“按照通常的數(shù)學(xué)思維和邏輯,這樣的解法無可厚非,但總感覺復(fù)雜繁瑣,我們先來看看下面一題:有沒有這樣的兩個(gè)整數(shù),它們的平方和等于2013,2014,2015……?”
這道題不就是要問至少還要過幾年,年份數(shù)才可以分解為兩個(gè)整數(shù)的平方和嘛,解答就更難了,所要證明無整數(shù)解的方程也太多了,這許多方程能不能單憑“奇數(shù)偶數(shù)”說明有無整數(shù)解,我也不敢貿(mào)然肯定.這時(shí),顧老師提醒道:其實(shí),我們可以換一種思路來解答這些問題:
因?yàn)?52=2025,442=1936,322+322=2048,322+312=1985.我們可以借助計(jì)算器將下列等式補(bǔ)充完整,橫線上都填整數(shù),但等號后面必須填大于或等于2012的最小整數(shù):
452+02=2025.442+ ___2=___.432+___2=___.422+___2= ___.
412+___2=___.402+___2=___.392+___2=___.382+___2=___.
372+ 2=___.362+___2= ___.352+___2=___.342+___2=___.
332+___2=___.322+322=2048.
計(jì)算結(jié)果為:
452+02=2025.442+92=2017.432+132=2018.422+162=2020.
412+192=2042.402+212=2041.392+232=2050.382+242=2020.
372+262=2045.362+272=2025.352+292=2066.342+302=2056.
332+312=2050.322+322=2048.
顯而易見,等式右邊沒有2012,2013,2014,2015,2016,最小的數(shù)是2017,且2017=442+92,也就是說,至少還要過5年,年份數(shù)2017才可以分解為兩個(gè)整數(shù)(44和9)的平方和.
同樣的解法,我們也可以很輕松地找到2000年至今,可以分解為兩個(gè)整數(shù)的平方和的年份數(shù):
2000=442+82=402+202.
2005=412+182=392+222.
2009=352+282.
換一種思路,往往可以找到通向成功的捷徑,解數(shù)學(xué)題又何嘗不是如此!■
?。ㄖ笇?dǎo)老師:顧