鄒繼芳
(撫順礦業(yè)集團有限責任公司機械制造廠 113001)
用代數法巧妙求出X2+Y2=Z2不定方程的非零整數之通解
解設X=μ+A,
Y=μ+B,
Z=μ+C,
式中:μ、A、B、C都為正整數,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C-A=p,C-B=q,
因C、A、B為正整數,則p、q為正整數.
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.
即有下列關系式
由于X、Y、Z皆為正整數,即X>0,Y>0,Z>0,
討論:由于p>0,q>0,
q>2p;
p>2q.
很容易驗證此解是X2+Y2=Z2的不為零的整數之通解.
下面來討論此解,考察這個通解.
由于2pq必須為平方數,且2pq必須為偶數,
pq=2m2,
因p、q必須為正整數,所以說明2m2必能被q整除,也說明2m2必含有被q整除的因子.為討論方便起見設m=a×b(a、b都是任意正整數),
則2m2=2×(a×b)2=2a2×b2,
即p×q=2m2=2a2×b2.
這樣,當X、Y、Z為互質時,只有如下關系式
上式的結果比較繁瑣,需要對其簡化.
4γ=β2-4.
根據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X=a2β,Z=a2ω代入4ω=β2+4中,
4Za2-X2=4a4,
4Za2-4a4=X2,
即有如下結論:
設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.
根據上述求證結果,可得出如下結論:
不定方程X2+Y2=Z2不為零的正整數解通解為,當X、Y、Z互質時(沒有公因數時),
若有公因數時,則
這樣即可獲取所有的整數解,即X2+Y2=Z2不定方程的非零整數之通解.
幾何解析:仔細分析X2+Y2=Z2這個方程,從幾何的角度來看,X、Y、Z分別代表直角三角形的三條邊,三條邊之間的關系為X2+Y2=Z2,這就是著名的勾股定理:在任何一個直角三角形中,兩條直角邊長的平方之和一定等于斜邊長的平方.這個定理在中國又稱為商高定理,在國外稱為“畢達哥拉斯定理”.
(勾股定理幾何關系)
若X、Y、Z都為正整數,則構成勾股數組
(勾股數組關系) 記為(2ad、d2-a2、d2+a2)
參考文獻:
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