趣味自然數,勾股數的前生今世,令人痴迷

2020-12-05 中學數學精準輔導

設x、y是直角三角形的兩條直角邊長,z是斜邊長,根據勾股定理,必有x2+y2=z2.這裡x、y、z,可以是任意實數,當然要滿足如上等式. 如果x、y、限定必須是自然數,我們把滿足勾股定理的這樣一組數叫做一個勾股數組。

我們常見的勾股數有3、4、5;5,12,13;7,24,25;8,15,17;9、40、41。

如果a,b,c為一組勾股數,則na,nb,nc也是一組勾股數,其中n為自然數。例如3,4,5是一組勾股數,那麼6,8,10也是一組勾股數9,12,15也是一組勾股數。而普林頓322裡面出現的較大的勾股數除去是常見的勾股數的倍數外,其他一些數據是怎麼得來的呢?到底存在多少組勾股數呢?

探尋「勾股數」

在西方,提出求勾股數組式子的是畢達哥拉斯。他提出了如下求勾股數組的式子:

這組公式可以求出不少勾股數組,但是局限性很大。後來古希臘著名學者柏拉圖(Platon,公元前427-前347)了類似式子。他們的式子均不能給出全部勾股數組.例如8、15、17三數不在式子之中,但卻是一組勻股數組.

再後來,古希臘數學家丟番圖(Diophantus,約250-約334)給出了如下一組公式:

利用這一組公式算得前面的幾組勾股數組如下表:

他的功績在於,這組公式能求出全部勾股數組.

和丟番圖同時代的我國數學家劉徽(約225一約295),在數學上的主要成就是為《九章算術》做註解,於公元263年成書,名《九章算術注》.他曾用幾何方法找到了如下求勾股數組的公式,就載於該書中:

這是迄今為止求勾股數組最完美的公式組之一。

美國哥倫比亞大學普林斯頓收藏館收藏了一塊很古怪的泥板,這款泥板是在巴比倫挖掘出來的,編號322,考古學家相信這塊泥板是公元前18世紀的成品,泥板上有三列文字,沒有人能解釋,直至1945年,Neugebauer和Sachs經過細心考究,發現泥板上是三列數字,你知道這些數字間的關係嗎?藉助計算器進行探索。

對於古巴比倫人手稿,據考證,其年代遠在中國商高和古希臘畢達哥拉斯之前,大致在公元前1900年到公元前1600年之間.手稿列出了以下15組勾股數:

其數之大和年代之早令人難以置信.如果是確實的,說明古巴比倫人的燦爛文化,在此方面先於他國.這或許是一個難以考證的千古之謎。

如何構造勾股數?

用現代數學知識,構造勾股數,就要尋找3個正整數,使它滿足「兩個數的平方和(或差)等於第三個數的平方」,既滿足以下形式:

我們可以從乘法公式的變形入手。我們知道:

如何記憶呢?

規律一:在勾股數(3,4,5)、(5,12,13)、(7,24,25)、(9,40,41)中我們發現:在一組勾股數中,當最小邊是奇數時,它的平方剛好是另外兩個連續正整數的和。

我們還總結出來一個方便理解和記憶的方法:在一組勾股數中,若第一個數是奇數,則另外兩個數,一個數是它的平方減1的一半,一個數是它的平方加1的一半。

這是最經典的一個套路,而且由於兩個連續自然數必然互質,所以用這個套路得到的勾股數組全部都是互質的。

規律二:在勾股數(6,8,10)、(8,15,17)、(10,24,26)中我們發現:

在一組勾股數中,當最小邊是偶數時,它的平方剛好等於兩個連續奇數,或者兩個連續偶數的和的2倍。

規律二的補充記憶方法:

在一組勾股書中,當一個數是偶數時,則另外兩個數,一個數是它的一半的平方減1,另一個數是它一半的平法加1.

中國關於「勾股數」的歷史梳理

我國對於「勾股數」的探尋中,做出了重大貢獻。很多數學著作都有不同程度的結論記載:如前面提到的最古老的《周碑算經》,標誌著中國傳統數學形成的《九章算術》(大約公元前1世紀),唐代《輯古算經》(約公元626年),宋元時期《測圓海鏡》(1248年)、

《四元玉鑑》(1303年),清代《數理精蘊》(1723年)等。特別值得一提,清末《算表合壁》一書中記錄了沈立民(浙江烏鎮人,清代算學家、火器發明家)對勾股數的研究,列有「整數勾股弦表」,利用公式列出了弦長不超過1000的所有勾股數。

相關焦點

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    a, b, c} in result:                    result.append({a, b, c})    result = [sorted(list(x)) for x in result]    return (sorted(result,key=lambda x:x[0]),    '共有 {length} 組勾股數
  • 為什麼以前規定「0不是自然數」,現在又規定「0是自然數」?
    答:1891年,義大利數學家G·皮亞諾在建立自然數的公理化體系時,給出的第一個公理就是「0是一個自然數」。可見,在歐美各國的學術界,這樣的觀點處於主導地位。1949年中華人民共和國成立後,歐美的一些主要國家聯合起來,對我國實行經濟封鎖。導致我國與原蘇聯訂立「中蘇友好互助同盟條約」,並且提出「向蘇聯學習」的口號。
  • 「0」到底是不是自然數
    我相信好多同學都有這樣的困惑,「0」到底是不是自然數?那下面大旭結合自己的經歷說說「0」這個神奇的數。      我上小學的時候,數學老師告訴我們「0」不屬於自然數,那時老師告訴我們理由是「自然數是自然產生的數,那自然1是最小的了,不存在的東西沒必要去記它了,所以0不是自然數」。
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  • 0是自然數嗎?
    記得小學的時候,老師敲著黑板說,0不是自然數。當然,那個時候,其實是不懂什麼叫自然數,而當時以為自己懂了,而現在更加不懂了。再後來,高中老師也是敲著黑板說,0是自然數,於是我想了很久,最後還是點著頭說0是自然數,現在,0是不是自然數,看試卷的需要,當不在乎試卷的時候,0是不是自然數,重要嗎?
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    2017-08-24 05:28:31 來源: 趣味百科園地 舉報
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  • 任何一個自然數不是質數就是合數 一個自然數不是質數就是合數對嗎
    任何一個自然數不是質數就是合數是錯誤的。自然數中,1是自然數,但是它既不是質數也不是合數,所以這一說法是錯誤的。  質數簡介  質數是指在大於1的自然數中,除了1和它本身以外不再有其他因數的自然數。質數的個數是無窮的。