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        破解“勾股弦公式”千古構(gòu)造之謎
        ——用代數(shù)法巧妙求出不定方程X2+Y2=Z2之通解

        2018-05-09 06:22:14鄒繼芳
        數(shù)理化解題研究 2018年6期
        關(guān)鍵詞:中得互質(zhì)公因數(shù)

        鄒繼芳

        (撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)械制造廠 113001)

        用代數(shù)法巧妙求出X2+Y2=Z2不定方程的非零整數(shù)之通解

        解設(shè)X=μ+A,

        Y=μ+B,

        Z=μ+C,

        式中:μ、A、B、C都為正整數(shù),顯然C>A,C>B.

        所以,X2+Y2=Z2可寫成

        (μ+A)2+(μ+B)2=(μ+C)2,

        μ2+2μA+A2+μ2+2μB+B2=μ2+2μC+C2,

        μ2+2μ(A+B-C)+A2+B2-C2=0.

        設(shè)C-A=p,C-B=q,

        因C、A、B為正整數(shù),則p、q為正整數(shù).

        則Y=μ+B,

        則X=μ+A,

        從C-A=p,C-B=q中得

        p+A=q+B,

        p-B=q-A.

        則Z=μ+C,

        從C-B=q中得C=q+B.

        即有下列關(guān)系式

        由于X、Y、Z皆為正整數(shù),即X>0,Y>0,Z>0,

        討論:由于p>0,q>0,

        q>2p;

        p>2q.

        很容易驗(yàn)證此解是X2+Y2=Z2的不為零的整數(shù)之通解.

        下面來(lái)討論此解,考察這個(gè)通解.

        由于2pq必須為平方數(shù),且2pq必須為偶數(shù),

        pq=2m2,

        因p、q必須為正整數(shù),所以說(shuō)明2m2必能被q整除,也說(shuō)明2m2必含有被q整除的因子.為討論方便起見設(shè)m=a×b(a、b都是任意正整數(shù)),

        則2m2=2×(a×b)2=2a2×b2,

        即p×q=2m2=2a2×b2.

        這樣,當(dāng)X、Y、Z為互質(zhì)時(shí),只有如下關(guān)系式

        上式的結(jié)果比較繁瑣,需要對(duì)其簡(jiǎn)化.

        4γ=β2-4.

        根據(jù)X=a2β,Y=a2γ,代入4γ=β2-4中,

        X2=4a2(a2+Y),

        則X=2ad,

        Y=d2-a2.

        4ω=[(β-2)2+4β],

        4ω=(β2-4β+4+4β).

        4ω=β2+4.

        根據(jù)X=a2β,Z=a2ω代入4ω=β2+4中,

        4Za2-X2=4a4,

        4Za2-4a4=X2,

        即有如下結(jié)論:

        設(shè)Z-a2=e2,則

        X=2ae,

        Z=e2+a2.

        又因X=2ae,前式中X=2ad,所以d=e.

        為統(tǒng)一和書寫方便起見,取X=2ad.

        根據(jù)上述求證結(jié)果,可得出如下結(jié)論:

        不定方程X2+Y2=Z2不為零的正整數(shù)解通解為,當(dāng)X、Y、Z互質(zhì)時(shí)(沒(méi)有公因數(shù)時(shí)),

        若有公因數(shù)時(shí),則

        這樣即可獲取所有的整數(shù)解,即X2+Y2=Z2不定方程的非零整數(shù)之通解.

        幾何解析:仔細(xì)分析X2+Y2=Z2這個(gè)方程,從幾何的角度來(lái)看,X、Y、Z分別代表直角三角形的三條邊,三條邊之間的關(guān)系為X2+Y2=Z2,這就是著名的勾股定理:在任何一個(gè)直角三角形中,兩條直角邊長(zhǎng)的平方之和一定等于斜邊長(zhǎng)的平方.這個(gè)定理在中國(guó)又稱為商高定理,在國(guó)外稱為“畢達(dá)哥拉斯定理”.

        (勾股定理幾何關(guān)系)

        若X、Y、Z都為正整數(shù),則構(gòu)成勾股數(shù)組

        (勾股數(shù)組關(guān)系) 記為(2ad、d2-a2、d2+a2)

        參考文獻(xiàn):

        [1]張文忠.數(shù)學(xué)擷英[M].北京:科學(xué)普及出版社,1983.

        [2]A·B瓦西列夫斯基.數(shù)學(xué)解題教學(xué)法[M].李光宇,王力新譯.長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1982.

        [3]夏圣亭.中學(xué)數(shù)學(xué)題巧解妙法[M].上海:上海科學(xué)普及出版社,1994.

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