谈谈勾股数组
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马 明 勾股定理和勾股数组在直角三角形中,两直角边a 、b 和斜边c 之间有这样的关系:a 2+b 2=c 2. 这就是我们学过的勾股定理. 反过来,如果一个三角形的三边之间存在“某两边平方的和等于第三边的平方”这样的关系,那么我们就可以判定这个三角形是直角三角形,并且第三边所对的角是直角. 这就叫做勾股定理的逆定理.在我国,很早就有人发现勾股定理和它的逆定理. 《周髀算经》是我国最早的一本算书,大约是西汉时期的著作,里面曾经记载有:“商高曰,……勾广三,股修四,径隅五……”这就是a ﹕b ﹕c =3﹕4﹕5,又有“……勾股各自乘,并而开方除之……,”这又进一步提出c b a =+22. 可惜这里没有给出证明. 到了三国时,有位赵爽,他对勾股方圆做了图注,补充了这个定理的证明. 在他所写的“勾股方圆图注”中有这样一段话:“案弦图,又可以勾股相乘为朱实二,倍之为朱实四,以勾股之差自乘为中黄实,加差实,亦成弦实.”这句话的意思是:按弦图(图27), ab 等于两个直角三角形的面积, 2ab 等于四个直角三角形的面积, (b -a )2是中间这个正方形的面积, 把这四个直角三角形和一个正方形 并在一起,就得到一个边长是c 的 正方形,就是2ab +(b -a )2=c 2,化简 后就得到a 2+b 2=c 2. 从这里,他还得 到一些更复杂的结果,如:c b c a b c =+++)(2)(22;b b c a b c =+-+)(2)(22;c b a b c a c -+=--))((2;.)()(2222•a b b a c -=+-在几何里,我们已经知道勾股定理有两种证明方法,一种是根据直角三角形中比例线段定理来证明的;另一种是用计算面积的方法来证明的,这种方法又叫做面积割补法. 由于割补的方法不同,所采用的面积图也就各式各样. 我国古代数学家创造了许多这样的图,根据每一张图,都可以推出勾股定理.先看图28,因为正方形CDEF 的面积=正方形MNOP 的面积, 又 正方形CDEF 的面积=242ab c ∙+, 正方形MNOP 的面积=2422ab b a ∙++, 所以 a 2+b 2=c 2.再看图29:(图里用罗马数字表示图形的面积,并且用相同的罗马数字表示全等的图形.)全图的面积=c 2+I+II+III ,或者全图的面积=b 2+a 2+I+II+III ,所以c2=a2+b2.下面我们附了12个图,读者可以当做练习写出它的推理过程. 如果你有兴趣的话,还可以另外设计几个图.比《周髀算经》稍微晚一点的古算书,要推汉时代的《九章算术》了. 在这本书里谈到勾股弦的一些整数关系:32+42=52,52+122=132,72+242=252,82+152=172,202+212=292. 它说明,适合于方程 a 2+b 2=c 2 (Ⅰ)的自然数有上列五组. 我们把每一组数叫做勾股数组. 如果我们能记熟这些数组,就可以节省一些计算时间. 但是,适合于方程(Ⅰ)的自然数是否只有这五组呢?中外古代数学家对这个问题作了研究,发现组数是无限的,并且可以由下列公式算,,2,2222•n m •••••••••cmn •••••••b•n m a +==-=其中m 和n 是自然数,并且m >n .例如设:m =2,n =1,就有32+42=52, (1) m =3,n =2,就有52+122=132, (2) m =3,n =1,就有82+62=102, (3) m =4,n =3,就有72+242=252, (4) m =4,n =2,就有122+162=202, (5) m =4,n =1,就有152+82=172, (6) m =5,n =4,就有92+402=412, (7) m =5,n =3,就有162+302=342, (8) m =5,n =2,就有212+202=292, (9) m =5,n =1,就有242+102=262, (10)按照上述推算公式得出的数组一定是勾股数组,道理很简单,因为,2)(42242222••n n m m n m c ++=+=而,2)2()(4224222222•n n m m ••••••mn n m b a ++=+-=+所以 .222•b a c +=读者一定想知道,上面这个推算公式是怎样产生的,是否包括所有适合方程(Ⅰ)的自然数解. 不忙,我们先来考察一下上面写出的几组数有什么特征.首先,我们注意到,(3)可以由(1)产生,就是把(1)里的3,4,5各个数同乘以2就得到(3);同样的,(5)也可以由(1)产生;而(8)可以由(6)产生;(10)可以由(2)产生. 也就是说,(3),(5),(8),(10)各组数有一个特征:就是每组数里的三个数a、b、c都有一个公约数不是1,而这个公约数不是1. 这样的数组没有什么稀奇,我们需要多少,就可以产生多少. 例如,把第一组里的3,4,5都乘以2,得6、8、10;都乘以3,得9、12、15;都乘以4,得12、16、20;……;这些新的数组一定适合于方程(Ⅰ). (读者可以想一想:这是为什么?)所以,我们在研究找出勾股数组的时候,可以假定a、b、c三数互质. 所谓几个数互质就是这几个数除了1以外,再没有公约数. 如果用符号(a、b、c)表示括号内各数的最大公约数,a、b、c三数互质,就可以简单地表示成(a、b、c)=1;如果a、b、c三数不互质,就可以简单财表示成(a、b、c)≠1. 例如,(3,8,2)=1,(6,8,10)=2≠1;同样(4,7)=1,(3,6)=3≠1.其次,我们再考察一下,a、b、c互质的那些数组还有什么特征. 先看下面这个表:可以看出:(1)a与b互质,a与c互质,b与c也互质,也就是说,a、b、c三数中两两互质.(2)c都是奇数,并且a、b两数都是一奇一偶.那么,对于所有a、b、c互质的数组,上面这两点是不是都成立呢?我们说,这两点都成立. 现在我们来证明它.先证)(1).设(a,b)=d≠1,那么a和b分别写成a=a′d,b=b′d,其中(a′,b′)=1.由勾股定理可得(a′d)2+(b′d)2=c2,两边同除以d2,得a′2+b′2=2⎪⎭⎫⎝⎛dc.因为a′和b′都是自然数,2⎪⎭⎫⎝⎛dc也就应当是自然数,也就是说,c有约数d(d≠1). 这样一来,a、b、c有公约数d(d≠1). 这和假设a、b、c互质是矛盾的. 所以(a,b)=1.读者可以试一试证明:(b,c)=1;(a,c)=1.再证(2).设c是偶数,并且使c=2c′,那么a和b就都不能是偶数,否则偶数a(或者偶数b)和偶数c就不互质[这和(1)相矛盾]. 因此,当c是偶数时,a、b一定都是奇数,设a=2a′-1,b=2b′-1,由勾股定理可得(2a′-1)2+(2b′-1)2=(2c′)2,(4a′2-4a′+1)+(4b′2-4b′+1)=4c′2,2=4(c′2-a′2-b′2+a′+b′),1=2(c′2-a′2-b′2+a′+b′).可以看到,这里,左边是奇数而右边是偶数,这是不可能的.由此可知,c 不能是偶数,也就是c 一定是奇数.那么,当c 是奇数时,a 和b 是不是一奇一偶呢?我们说,是的. 证明一下: a 和b 只有下列三种可能情况:a 和b 都是偶数;a 和b 都是奇数;a 和b 是一奇一偶.如果我们能够说明前面两种情况是不存在的,那么a 和b 就一定是一奇一偶了. a 和b 不可能都是偶数,否则,a 、b 不互质,这和(1)相矛盾;a 和b 也不可能都是奇数,否则,a 2+b 2=偶数=c 2,这样c 也就是偶数了,但是上面已经说明c 不能是偶数;因此,a 和b 一定是一奇一偶. (上面这种证法叫做穷举法,就是把所有可能发生的情况都列举出来,然后一个一个地加以否定,余下一种没有能被否定的情况就一定成立. 穷举法是反证法的一种,在数学里经常被采用.)这样,我们就得到关于勾股数组的两个基本性质: 如果a 2+b 2=c 2,并且(a ,b ,c )=1,那么 (1)(a ,b )=(a ,c )=(b ,c )=1;(2)c 一定是奇数,而a 和b 一定是一奇一偶. (为了今后叙述的方便起见,如果不加说明的话,我们就设a 是奇数,b 是偶数.)有了上面这点准备工作,我们就可以导出勾股数组的推算的公式了. 导出勾股数组的推算公式的方法很多,这里只介绍其中的两种. 第一种推导的方法:假设a 、b 、c 适合于方程(Ⅰ),并且(a ,b ,c )=1. 因为c 和a 都是奇数[性质(2)],所以c +a 和c - a 都是偶数,我们可以设c +a =2ud , c-a =2vd ,这里,(u ,v )=1,并且u >v .代入方程(Ⅰ),得 .22))((222vd ••ud ••a c a c a c b ∙=-+=-=所以 b 2=uv (2d )2.因为u 和v 互质,这个等式只有在u 和v 都是平方数的时候才可能成立,设u =m 2,v =n 2,就得b 2=m 2n 2(2d )2,就是b =2mnd .这里,m >n ,(m ,n )=1.因为⎪⎩⎪⎨⎧==-==+;22,2222d •n vd a c d •m ud a c 解这个方程组,得⎪⎩⎪⎨⎧+=-=.)(,)(2222d •n m c d •n m a 因为(a ,b ,c )=1,可以推得d =1,又因为a 、c 都是奇数,那么m 和n 一定是一奇一偶. 这样,我们就得到勾股数组的推算公式:,,2,2222•n m •c mn ••b •n m a +==-=这里(m ,n )=1,m >n ,并且m 和n 是一奇一偶.第二种推导方法:因为a+b >c ,设m >n ,那么m mn(1<、n 都是自然数),所以总可以得到 .c b mna =∙+(例如,a =3,b =4,c =5的时候,可以使m =4,n =2,得.54423c •b m n a ==∙+=+)两边平方,得.2,2222222•c b mn ab m n ••••a•••••••••••c b m n a =∙+∙∙+=⎪⎭⎫ ⎝⎛∙+把c 2=a 2+b 2代入上式,得,2,22222222222ab •mnb m n •••••••••b•b a b mn ab m n a ∙=∙-+=∙+∙+ .2,2)(2222•mnbn m a •••••••••••••mna •n m b =-=- 设这两个比的比值是k ,那么 mnbn m a•222=-=k , a =(m 2-n 2)k , b =2mnk . 代入方程(Ⅰ),可得c =(m 2+n 2) k .再设k =1,就有a =m 2-n 2,b =2mn ,c =m 2+n 2.(m >n ) 这样,我们也导出了勾股数组的推算公式.在(a 、b 、c )=1的条件下,前面已经获得两个重要的基本性质,这些性质对于我们记忆勾股数组是有很大帮助的. 下面,我们再研究一下,还有一些什么样的类似的性质呢?观察一下第28页的表,可以发现b+c 是一个平方数,例如,4+5=32,12+13=52,24+25=72,8+17=52,40+41=92,20+29=72. 这样,我们就有理由设想“b+c 总是一个完全平方数”. 事实上,这个论断也是成立的. 证法如下:b +c =2mn +(m 2+n 2)=(m+n )2.发现这个论断,我闪是相当兴奋的,因为这个论断对我们记忆或者判断一组数是否为勾股数组会有很大的帮助的. 不过要注意,如果三个数只符合这个论断,它们不一定就是勾股数组;但是,如果它们不符合这个论断,我们就可以肯定地说:这个数组不是勾股数组. 也就是说,“b+c =完全平方数”这个条件是a 、b 、c 构成勾股数组的必要条件,而不是充分条件.如果我们再仔细观察一下这个表,还可以发现:(1)2ca +也是一个完全平方数; (2)abc 一定能被60整除.(1)是很容易证明的(读者可以自己证一下);(2)的证明已经超出你们的知识范围,这里就不谈了.练 习1.设a 2+b 2+c 2;(1)如果(a ,b ,c )=1,a 是奇数,证明:22ac ••a c -+和都是完全平方数. (2)如果b 是偶数,证明b 能被4整除.2.取一个奇数,例如67,那么672=4489,把4489分成相差1的两个数,就得2244和2245,这样,这三个数:67、2244、2245就是一组勾股数. 在一般情况下,你能证实这个结论吗?3.在第28页的那个表里,有些勾股数组有下列性质:c -b =1, 证明:在c-b =1的条件下,推算勾股数组的公式可以表示成:a =2m -1,b =2m 2-2m ,c =2m 2-2m +1.4.下面这个图形是由8个全等的正方形组成的,你能把它变成一个面积相等的大正方形吗?(采用割补法)5.下面这个图形是由5个全等的正方形组成的,你能把它变成一个面积相等的大正方形吗?(采用割补法).本文节选自《圆和二次方程》上海教育出版社。
常用的勾股数有:3、4、5;5、12、13;7、24、25;8、15、17;9、40、41等等。
勾股数,又名毕氏三元数。
勾股数就是可以构成一个直角三角形三边的一组正整数。
勾股数的依据是勾股定理。
勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一。
勾股定理说明,平面上的直角三角形的两条直角边的长度(古称勾长、股长)的平方和等于斜边长(古称弦长)的平方。
反之,若平面上三角形中两边长的平方和等于第三边边长的平方,则它是直角三角形(直角所对的边是第三边)。
据《周髀算经》中记述,公元前一千多年周公与商高论数的对话中,商高就以三四五3个特定数为例详细解释了勾股定理要素。
古埃及在公元前2600年的纸莎草就有(3,4,5)这一组勾股数,而古巴比伦泥板涉及的最大的一个勾股数组是(12709,13500,18541)。
勾股数概念勾股数概念是一个与直角三角形密切相关的数学概念。
在勾股数概念中,有一个重要的定理被称为勾股定理。
勾股定理表述如下:在一个直角三角形中,假设边长分别为a、b和c,其中c为斜边(即直角三角形的斜边),而a和b为直角三角形的两条其他边。
则根据勾股定理,成立以下关系:a^2 + b^2 = c^2。
这个定理源自古希腊数学家毕达哥拉斯的研究,故又称为毕达哥拉斯定理。
勾股数指的是满足勾股定理的整数组合。
例如,3、4和5是勾股数,因为3^2 + 4^2 = 5^2。
同样的道理,5、12和13也是勾股数,因为5^2 + 12^2 = 13^2。
除了整数勾股数外,还存在有理数勾股数和无理数勾股数。
有理数勾股数是指满足勾股定理的有理数组合,而无理数勾股数是指满足勾股定理的无理数组合。
勾股数概念在几何学和三角学中具有广泛的应用。
它可以用于计算直角三角形的边长、角度和面积等问题,同时也是其他数学和物理学分支的基础。
勾股数概念是古代数学中一个重要而有趣的内容。
在古希腊时期,勾股数得以广泛研究和运用,尤其是由毕达哥拉斯提出的勾股定理成为了几何学和数学中的重要定理之一。
在直角三角形中,我们知道直角三角形的一个内角是90度,而由勾股定理可知,直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。
这个简单而重要的数学关系为我们解决各种几何问题提供了便利,也激发了许多人对数学的兴趣和探索。
勾股数不仅仅是整数,还可以是有理数和无理数。
有理数是指可以用整数表示为分数的数,而无理数是不能写为有理数的分数形式的数。
有理数勾股数的例子包括3、4和5这样的整数组合,也包括如1.5、2.5和2.91547594742这样的有理数组合。
而像根号2、根号3这样的无理数组合也可以构成勾股数。
勾股数的概念不仅仅存在于数学领域,它还渗透到了许多领域,如物理学、工程学等。
在物理学中,勾股数被广泛用于描述力的合成、速度的计算等问题;在工程学中,勾股数常常用于设计建筑、制作工艺等方面。
100以内常用勾股数组勾股定理是数学中一个重要的理论,他指出两个正整数的平方和等于另外一个正整数的平方,即:a+b = c,其中a和b称为勾股数。
因此,中学生一般都要掌握勾股数的知识,本文将介绍100以内的常用勾股数组。
首先,我们介绍1到10之间常用的勾股数组:3-4-5、5-12-13、7-24-25。
3-4-5为最常见的勾股数,由3+4=5成立,它在经典传统建筑中能够引人注目,最著名的例子就是古希腊的宙斯神殿。
5-12-13也是常用的勾股数组,它可以通过5+12=13证明。
它在建筑中的应用最著名的例子就是希伯来教堂,垂直支撑和双重砖柱都用到了这个勾股数组。
7-24-25是另一个常用的勾股数,它可以证明7+24=25。
它被用于古代建筑,比如印度的塔拉德拉塔,它就用到了7-24-25的勾股数组。
另外,我们还要介绍像20-21-29、28-45-53、36-77-85这类常用勾股数组。
20-21-29的勾股数组来自20+21=29。
它在建筑中的应用被应用在古哲学建筑中,比如古希腊的圆形十字架。
28-45-53的勾股数可以通过28+45=53的公式得出,它曾经在古希腊的神庙中被使用,作为神庙的支撑技术。
36-77-85的勾股数可以通过36+77=85的公式得出,它也被用于古代建筑,比如印度教堂,它也用到了这种勾股数组。
此外,40或以上的勾股数组也很常用,如63-80-97、60-91-109、84-87-141、 75-90-105等,它们也形成了古代建筑中重要的一部分。
63-80-97的勾股数可以通过63+80=97的公式得出,它被用于古代庙宇建筑,比如埃及的克里特神庙。
60-91-109的勾股数可以由60+91=109的公式证明,它也被用于古希腊的神殿,比如土耳其的卫兰神殿。
84-87-141的勾股数可以通过84+87=141的公式得出,它也被用于古代建筑,比如古印度的婆罗门神庙。
75-90-105的勾股数可以由75+90=105的公式证明,它曾经被用于古代庙宇建筑,比如伊朗的苏莱曼清真寺。
构造勾股数组的几个方法我们知道勾股定理在西方又叫毕达哥拉斯定理,是指在直角三角形中,两直角边的平方和等于斜边的平方。
在数论中,如果两个正整数的平方和等于第三个正整数的平方,我们把这三个正整数叫作勾股数组。
如果一组勾股数组中的三个数互质,则这样的勾股数组叫作基本解。
如果正整数n m 、互质,且一奇一偶,则正整数2m -2n ,2mn 和2m +2n 构成勾股数组的基本解。
验证如下:(2m -2n )2=4m -22m 2n +4n ;(2mn )2=42m 2n ;则:(2m -2n )2+(2mn )2=4m -22m 2n +4n +42m 2n=4m +22m 2n +4n(2m +2n )2=4m +22m 2n +4n 所以:(2m -2n )2+(2mn )2=(2m +2n )2验证完毕。
很显然,勾股数组基本解的正整数倍数也能构成勾股数组。
根据勾股数组基本解的公式我们可以由一个数构造出一个勾股数组。
一、除1以外的所有正奇数可以构造出一组勾股数组,它们是2n +1、22n +2n 、22n +2n +1。
验证如下:(2n +1)2+(22n +2n )2=42n +4n +1+44n +83n +42n =44n ++83n +82n +4n +1; (22n +2n +1)2=44n +43n +22n +43n +42n +2n +22n +2n +1 =44n +83n +82n +4n +1。
所以:(2n +1)2+(22n +2n )2=(22n +2n +1)2。
二、若除1以外的正奇数n =pq ,p 、q 为正整数,且p >q ,则根据n =pq =2m -2n=(n m +)(n m -)可得:m =2q p +,n =2q p -,则这组勾股数组是pq 、(2p -2q )2、(2p +2q )2。
验证如下:(pq )2+[(2p -2q )2]2=2p 2q +(p4-2p 2q 2+q4)4=42p 2q 4+(p4-2p 2q 2+q4)4=(p4+2p 2q 2+q4)4;[(2p +2q )2]2=(p4+2p 2q 2+q4)4。
勾股定理数组的规律稿子一嘿,朋友!今天咱们来聊聊勾股定理数组的规律,这可有意思啦!你知道吗?勾股定理说的是直角三角形两条直角边的平方和等于斜边的平方。
那勾股定理数组呢,就是满足这个关系的一组数。
比如说 3、4、5 就是一组常见的勾股数,因为 3 的平方加上 4 的平方正好等于 5 的平方。
我发现勾股定理数组有个好玩的地方,就是如果一组数是勾股数,那给它们同时乘以一个整数,得到的新数组还是勾股数。
就像3、4、5 乘以 2 变成 6、8、10,还是满足勾股定理呢!还有哦,勾股定理数组的规律可不只是这些。
如果一组勾股数中最小的奇数是 m,那另外两个数就是(m² 1) / 2 和(m² + 1) /2 。
是不是有点神奇?比如说 5 是最小的奇数,按照这个规律算,另外两个数就是(5² 1) / 2 = 12 ,(5² + 1) / 2 = 13 ,5、12、13 果然也是勾股数!怎么样,勾股定理数组的规律是不是很有趣?咱们接着探索!其实啊,勾股定理数组还有很多隐藏的小秘密等着我们去发现呢。
每次找到新的规律,都感觉像是找到了宝藏一样开心!对啦,你要是在做题的时候能熟练运用这些规律,那可就轻松多啦,简直是如虎添翼!好啦,今天就先聊到这儿,咱们下次继续深挖勾股定理数组的奇妙世界!稿子二嗨呀,亲爱的小伙伴!咱们又见面啦,今天来唠唠勾股定理数组的规律哟!说起勾股定理数组,那可是数学里的小精灵,藏着好多好玩的秘密。
你想想,像 6、8、10 或者 5、12、13 这样的数组,它们之间的关系是不是特别奇妙?这就是勾股定理的魅力所在。
我发现啊,勾股定理数组中的数好像总是有着特殊的“默契”。
比如说,如果一组勾股数中最大的数是偶数,那么另外两个连续的奇数就是勾股数。
还有还有,如果一组勾股数从小到大排列,相邻两个数的差也有规律呢。
有时候它们的差是固定的,有时候又会按照某种模式变化。
而且哦,勾股定理数组在实际生活中也有大用处呢!比如说盖房子的时候,工人师傅要确定直角,就可以用勾股定理数组来帮忙。
勾股数的特点和规律嘿,朋友们!今天咱来聊聊勾股数那些有意思的事儿。
你们知道吗,勾股数就像是数学世界里的一群小精灵,特别有趣!啥是勾股数呢?简单说,就是满足直角三角形三边关系的三个整数。
比如说 3、4、5 就是一组勾股数,因为 3 的平方加上 4 的平方正好等于 5 的平方呀。
你想想看,这勾股数多神奇啊!它们就像是被施了魔法一样,总是那么恰到好处地组合在一起。
而且哦,勾股数还有很多特点呢。
它们可不是随便出现的,而是有着自己的规律。
就好像一群小伙伴,有着自己的小团体规则。
比如说,一组勾股数中,必定有一个是奇数。
这多有意思呀,难道奇数就特别受勾股数的青睐?再比如说,较大的那个数往往是两个较小数的和或者差。
这就好像是它们之间的一个小秘密约定。
咱再来看看,勾股数还可以无限扩展呢!你找到一组勾股数,就能通过一些方法找到更多的勾股数。
这就像是打开了一个神奇的盒子,里面有无尽的宝藏等你去发现。
哎呀呀,这勾股数不就像是生活中的那些小惊喜吗?有时候你不经意间就会遇到,然后感叹一声:“哇,原来还有这样的奇妙之处!”它们让我们看到数学并不是那么枯燥无味,而是充满了乐趣和奥秘。
你说,如果我们把勾股数比作是一场奇妙的冒险,那每一组勾股数是不是就是一个独特的关卡呢?我们要去探索它们,了解它们的特点和规律,就像是在冒险中不断解开谜题一样。
而且啊,勾股数可不仅仅是在数学课本里才有哦,在我们的生活中也能找到它们的影子呢!比如建筑设计中,不是就得考虑直角和边长的关系嘛,这不就是勾股数在发挥作用嘛。
总之呢,勾股数就是这么神奇、这么有趣。
它们就像是数学世界里的一颗颗璀璨明珠,等着我们去发现、去欣赏。
所以啊,大家可别小瞧了这些小小的勾股数,它们里面蕴含的智慧和乐趣可多着呢!它们是数学的魅力所在,也是我们探索知识的无尽动力呀!大家都快来一起感受勾股数的奇妙吧!。
勾股定理常用数组根号及规律一、基本原理勾股定理中,直角边的平方和等于斜边的平方,即c2 = a2 + b2。
如果已知其中任意两个量,就可以求出剩下的一个量。
举个例子,已知直角边a和斜边c的长度,便可通过勾股定理计算出直角边b的长度,即b = √(c2 - a2)。
同理,已知直角边b和斜边c的长度,也可以计算出直角边a的长度。
另外,勾股定理还可以用于判定三角形是否为直角三角形。
如果已知三角形三边长度,若满足c2 = a2 + b2,则该三角形为直角三角形。
二、勾股数勾股数指的是满足勾股定理的正整数数对,如(3,4,5)、(5,12,13)等。
勾股数是勾股定理的经典应用,也是直角三角形中最简单、最常见的形态。
具体而言,勾股数有以下性质:1. 勾股数一定存在。
根据欧几里得算法,任意两个正整数a 和b(a>b)都可以表示成a = k·b + r的形式,其中k、r为正整数,r n>0。
2. 勾股数有无限多组。
因为可以取不同的整数m和n,得到不同组的勾股数。
3. 勾股数中,斜边是两直角边的算术平均数。
即c =(a+b)/2,这是勾股定理的另一种表述形式。
4. 每个奇数都可以表示成两个平方数之差。
根据勾股数的通式,若n为奇数,则取n=2k+1,即可得到a=k2-(k+1)2,b=2k(k+1),c=k2+(k+1)2。
因此,每个奇数都可以表示成两个平方数之差。
三、根号的运算在勾股定理的运算中,根号起到了举足轻重的作用。
根据勾股定理的通式c = √(a2 + b2),可以将根号的运算归纳为以下几种:1. 带根式的加减法。
如√2 + √3、√5 - √2等。
2. 带根式的乘法。
如√2·√3、(√2 + √3)·(√2 - √3)等。
3. 带根式的除法。
如√10/√2、(√6+√2)/(√6-√2)等。
4. 同底数根式的加减法。
如3√2 + 2√2、4√3 - 2√3等。
5. 平方根的运算。
勾股数定理勾股数定理,又称勾股定理,是数学中的一条基本定理,它描述了直角三角形中三边之间的关系。
勾股数定理的发现可以追溯到公元前6世纪的古希腊,由毕达哥拉斯提出并证明,因此也被称为毕达哥拉斯定理。
勾股数定理可以用简洁的数学语言表述为:在一个直角三角形中,设直角边的长度分别为a和b,斜边的长度为c,则有a² + b² = c²。
这个定理在解决各种几何问题中具有广泛的应用,也是许多高等数学课程的基础。
勾股数定理的证明可以通过几何方法、代数方法和物理方法等多种途径,其中最著名的是几何证明。
几何证明是通过构造图形,运用几何性质和推理来证明定理的正确性。
例如,可以通过在直角三角形的两条直角边上构造正方形,然后利用面积的性质来证明勾股数定理。
除了几何证明,还可以通过代数方法证明勾股数定理。
代数证明利用了平方差公式和因式分解等数学工具,通过变换和化简等步骤,将定理转化为数学等式的形式,从而得到证明。
物理方法则是利用物理实验和测量来验证勾股数定理,例如利用尺子和角度计等工具测量直角三角形的边长和角度,通过比较测量结果来验证定理。
勾股数定理的应用非常广泛。
首先,它在解决几何问题中起到重要的作用。
例如,可以利用勾股数定理来求解未知边长或角度的问题,计算三角形的面积和周长等。
其次,勾股数定理也广泛应用于物理学和工程学中。
在力学中,可以利用该定理计算斜面上物体的重力分量和斜面倾角等。
在建筑学和测量学中,可以利用该定理进行测量和设计。
此外,勾股数定理还被用于密码学、图像处理和计算机图形学等领域。
勾股数定理不仅仅是一条数学定理,它还反映了数学思维的严谨和逻辑性。
它的发现和证明过程充分展示了人类智慧的闪光点,也是培养学生逻辑思维和问题解决能力的重要内容之一。
因此,学习勾股数定理对于培养学生的数学素养和综合能力具有重要的意义。
勾股数定理作为数学中的一条基本定理,具有广泛的应用价值和深远的影响。
它不仅帮助我们解决各种几何问题,还反映了数学思维的严谨性和逻辑性。
谈谈勾股数组
常常听说“勾3股4弦5”,是什么意思呢?它就是勾股定理,即“直角三角形两直角边长a ,b 与斜边长c 之间满足等式:a 2+b 2=c 2(*)”的一个最简单特例。
我们把满足(*)的三个正整数a ,b ,c ,称为勾股数组,记为(a ,b ,c )。
那么勾股数组到底有多少个呢?它们有什么样有规律呢?怎样求勾股数组呢?带着这些问题,我们作一点思考。
首先,我们建立表1:
表1 勾股数组表
1)勾股数组有无数个。
2)a 、b 中至少有一个是偶数,不能全是奇数,至少有一个是3的倍数,至少有一个是4的倍数;a 、b 、c 中至少有一个是5的倍数。
3)从表1左半部分可以发现:a 为奇数时,b 为a 的平方减1再除以2,c 为b 加1,也就是a 的平方加1再除以2。
换句话说,若k 是一个奇数,则
(k ,212-k ,2
12+k ) (k ≥3的奇数) ①
就是一个勾股数组。
这样,我们任给一个奇数,就可以按照公式①写出一个勾股数组来。
任给一个偶数呢?这也有规律。
设m 是一个偶数,且m ≥4,则可以证明:
(m ,1)2(2-m ,1)2
(2+m
) (m ≥4的偶数) ②
也是一个勾股数组。
(如表1右半部分所示)
至此,根据公式①和②,对于任意的正整数n(n ≥3),都可以写出一个勾股数组。
4)若(a ,b ,c )是勾股数组,则(λa ,λb ,λc )也是勾股数组,其中λ为任意正整数。
并约定λ(a ,b ,c )=(λa ,λb ,λc )。
遗憾的是,仅由公式①和②不能求出全部勾股数组。
如由(3,4,5)可以断定(6,8,10),(9,12,15)等都勾股数组,其中(9,12,15)显然不包含在公式①和②之中。
有没有能求出全部勾股数组的公式呢?答案是肯定的。
其实,我们有勾股数组公式(不失一般性,设a 为奇数,b 为偶数):
a=m 2-n 2,b=2mn ,c=m 2+n 2,(其中正整数m >n >0,m 、n 互质,且m 、n 为一奇一偶) ③
根据公式③,我们可以求出所有a 、b 、c 互质的勾股数组(a ,b ,c ),再由结论4)求出如(9,12,15)这样a 、b 、c 不互质的勾股数组来。
但公式③并不能随心所欲地求出你想要的勾股数组。
下面,我们思考这样的问题I :对于(*),给定正整数a (a ≥3)的值,如何确定b 、c 的值,进而确定勾股数组(a ,b ,c )的个数有多少?
为讨论方便,我们约定各字母都是正整数,以后不再声明。
符号T(a)表示符合问题I 的勾股数组(a ,b ,c )的个数。
d(N)表示正整数N 的正约数的个数。
我们将(*)变形成
(c+b )(c-b )=a 2 (**)
为了讨论(**)的正整数解的个数T (a ),我们先给出以下基础知识: A 、算术基本定理:任何一个大于1的正整数N 都能分解成质因数的连乘积的形式,即有
N=1
1
βp 2
2
βp …n n p β ④(其中p 1,p 2,…,p n 为互不相等的质数,βi >0的正整数,i=1,2…,n)。
若不考虑质因数的顺序,这个分解式是唯一的,我们把此
分解式称为N 的标准分解式。
B 、利用标准分解式,易得正整数N 的正约数的个数 d (N )=(β1+1)(β2+1)…(βn +1)。
⑤
C 、若(x+y )(x-y )=z ,则x+y 与x-y 必然同时为奇数或同时为偶数,且x >y ,x+y >x-y 。
根据上述基础知识,我们有:
(一)当a=1,2时,(**)无正整数解,T(a)=0。
(二)当a 为奇数时,由公式④⑤可知d (a 2)为奇数,且a 2的正约数全为奇数。
所以,要确定(**)中c 、b 的值,只须将常数a 2分解成两个不相等的奇因数a 1,a 2的积即可,进而
(c+b )(c-b )=a 2=a 1a 2, (a 1>a 2)
∴⎩⎨⎧=-=+21
a b c a b c ,解得⎪⎩
⎪⎨
⎧+=-=222
1
21a a c a a b ,于是a 1,a 2的一种取法对应(**)的一个正整数解。
那么a 1,a 2的不同取法有多少种呢?这由上述分析不难知道a 1,a 2
的取法有21)(2-a d 种,∴ (**)有21)(2-a d 个正整数解,即T(a)=2
1
)(2-a d 。
如a=5时,a 1=25,a 2=1,b=12,c=13,(**)有唯一一解(5,12,13)。
又如a=105时,a 2=32×52×72,d (a 2
)=(2+1)(2+1)(2+1)=27,T(a)=13, ∴ a=105时,(**)有13个解,13个解的详解过程略,解的结果列表(表2)如下:
(1)若a=2p ,应将a 2分解成两个不相等的偶因数a 1,a 2的积,即
a 2=22p =a 1a 2, (a 1>a 2),a 1与a 2的不同取法列表(表3)如下:
∴ a 1与2;
(2)若a=2p M =a 1a 2(其中M 为奇数,a 1≠a 2,且同为偶数),也有两类情况:
第一类:若a 2=a 1a 2=12(2)(2)m n M M 。
(其中m+n=2p ,且mn ≠0;M 1M 2=M 2,且M 1≠M 2)经分析,不难知道:m 、n 的不同取法有(2p -1)种;M 1、M 2的不
同取法有2()12
d M -,所以,此时,a 1、a 2的不同取法共有T 1(a)=()2()1212d M p --⋅
种。
第二类:若a 2=a 1a 2=(2)(2)m n M M 。
(其中m+n=2p ,m ≠n 且mn ≠0)。
经分析,m 、n 的不同取法有(p -1)种,即a 1、a 2的不同取法共有T 2(a)=(p -1)种。
∴ 当a=2p
M 时,T(a)=()2()1
212
d M p --⋅+p -1;
综上述,我们得到:对于(*),给定正整数a (a ≥3)的值,满足(*)的勾股数组(a ,b ,c )的个数
22
()1()2()1
(2)
()1(21)1
(2,)
2p p d a a T a p a d M p p a M M ⎧-⎪⎪⎪
=-=⎨⎪-⎪-+-=⎪⎩
为奇数为奇数
特别地,当a=p m (p 为奇质数,m 为正整数)时,
T(p m
)=2()12
m d p -=211
2m +-=m 。
如a=32时,a=25,T (a )=5-1=4,(**)有4解:
(32,24,40)=2(16,12,20)=4(8,6,10)=8(4,3,5); (32,60,68)=2(16,30,34)=4(8,15,17); (32,126,130)=2(16,63,65); (32,255,257)。
如a=48时,a=24×3,T (a )=(2×4-1)×1+4-1=10,(**)有10解: (48,64,80)=2(24,32,40)
=22(12,16,20) =23(6,8,10) =24(3,4,5);(48,36,60)=12(4,3,5);
(48,20,52)=22(12,5,13),
(48,140,148)=22(12,35,37);
(48,14,50)=2(24,7,25);(48,90,102)=2(24,45,51);
(48,286,290)=2(24,143,145);(48,189,195)=3(16,63,65)(48,55,73),(48,575,577)。
通过以上讨论,我们可以根据自己的需要,选择上述的恰当的方法,求出我们想要得到的勾股数组。
思考题试确定以下不定方程解的个数及解的具体值:
①x2-y2=212;②x2-y2=256;③x2-y2=1202。