勾股数

构成直角三角形三边的正整数

勾股数

勾股数,又名毕氏三元数(Pythagorean triple),指能够构成直角三角形三条边的三个正整数。勾股数满足勾股定理,常见的勾股数有(3,4,5)(5,12,13)等。[2][3][1]勾股数与勾股定理在中国有着悠久的历史,中国古代将较短的直角边称为勾,较长直角边称为股,而斜边称为弦,故称指能够构成直角三角形三条边的三个正整数为“勾股数”。[0]

勾股数,又名毕氏三元数(Pythagorean triple),指能够构成直角三角形三条边的三个正整数。勾股数满足勾股定理,常见的勾股数有(3,4,5)(5,12,13)等。[3][4][2]

中国

勾股数与勾股定理在中国有着悠久的历史,中国古代将较短的直角边称为勾,较长直角边称为股,而斜边称为弦,故称指能够构成直角三角形三条边的三个正整数为“勾股数”。[1]

“勾、股、弦”示意图
“勾、股、弦”示意图

中国关于勾股数的最早记载为《周髀算经》的卷首中,西周开国时期的大夫商高在与周公对话时提到:“故折矩,以为勾广三,股修四,径隅五。”[3]

中国关于普遍勾股定理的最早记载为《周bài算经》的第二卷中,陈子在与荣方对话时提到测日法:“若求邪至日者,以日下为勾,日高为股,匀股各自成,并而开方除之。得邪至日,从所衰至日所十万里。”在陈子的时代,认为地是平的,太阳垂直照射于地,垂足叫日下点,观测点、日下点、太阳三点构成直角三角形中日高为股,日下为勾,则勾股平方和的开方为邪至日。[3]

九章算术》第九卷中也包含了勾、股、弦以及三者关系等内容,所设勾股数仅互质的就有八组之多。[5][6][3]

西方

西方关于勾股数的最早记载为Plimpton 322泥板上的数,表明古巴比伦在公元前1700年已发现勾股定理[2]

Plimpton 322泥板上的数
Plimpton 322泥板上的数

拜占庭学者Proclus(公元5世纪)在其数学史专著中指出 “ 希腊Rhodes岛的Eudemus(公元前4世纪)称Pythagoras学派发明此定理,所以勾股定理在西方被称为Pythagoras定理,因此勾股数别名“毕氏三元数”。[2]希腊哲学家Plato(公元前427一前347年)对此定理仅就其特殊情况作了图证 ”。[2]

西方对勾股定理的明文记载始见于Euclid (公元前330一前275年)《几何原本》,他利用图形分割、全等三角形以及面积关系等知识进行演绎推理[7]

定义

勾股数指能够构成直角三角形三条边的三个正整数,根据勾股定理,。[3]

常见勾股数

类型勾股数特征
20以内的勾股数(3,4,5)唯一连续的勾股数,最小的勾股数
俗称“勾三 股四 弦五”
(5,12,13)-
(6,8,10)唯一连续的偶数勾股数
(8,15,17)-
(9,12,15)-
100以内的本原勾股数
(16组)
(3,4, 5)(5,12,13)(8,15,17)(7,24,25)(21,20,29)(35,12,37)(9,40,41)(45,28,53)(11,60,61)(33,56,65)(63,16,65)(55,48,73)(13,84,85)(77,36,85)(39,80,89)(65,72,97)三个数互质

基本公式

,,,其中

证明方法

假设,且

若均为奇数,则,与2不是模4的二次剩余矛盾

所以中必有一个偶数,不妨设,等式化为

为偶数,则同奇偶,作代换:,显然M,N为正整数

假设不成立,即存在质数,使得,

那么, 从而, 从而

这与矛盾,所以得证

根据算术基本定理:一个大于1的正整数n,如果它的标准分解式为,那么它的正因数个数

,其中等均为偶数,等均为质数

如果对于某个,的因子为奇数个,则对应的因子必为奇数

从而,,矛盾

则对于所有质因子,,即M,N都是平方数

则不妨设,从而有

解得,

应用

可以用于求解所有的基本勾股数,但无法得到所有的派生勾股数。

相关推论

通过同乘以任意整数的方法求得所有解:

其中,,m和n必须为一奇一偶,t为正整数

(参考资料)[3]

完全公式

当m为奇数时,k={1,的所有小于m的因子}

当m为偶数时,k={的所有小于m的偶数因子}

不同勾股数(a,b,c)的组数N等于k的可取值个数,可由算数基本定理求出

算数基本定理:一个大于1的正整数n,如果它的标准分解式为,那么它的正因数个数

当m为奇数时,

当m为偶数时,

其中,为互不相同的奇素数,为幂指数。

应用

求出基本勾股数与派生勾股数,以及勾股数的组数。

举例

当m为偶数432时,k={的所有小于432的偶数因子}= {2,4,6,8,12,16,18,24,32,36,48,54,64,72,96,108,128,144,162,192,216,288,324,384}

将及24组不同k值分别代入,求得b、c

即得直角边时的基本勾股数与派生勾股数。

(参考资料)[3]

公式

当a为大于1的奇数时,

即把a的平方数拆成两个连续自然数

举例

n=1时

n=2时

n=3时

…以此类推

特点

此外由于两个连续自然数必然互质,则此方法得到的勾股数组全部是互质的

公式

当a为大于4的偶数2n时,,即把a的一半的平方分别减1和加1

举例

n=3时

n=4时

n=5时

…以此类推

特点

此外当n为奇数时,由于(a,b,c)是三个偶数,得到的勾股数组必然不是互质的;

当n为偶数时,由于b、c是两个连续奇数必然互质,得到的勾股数组互质。

推广

若想得到互质的数组,求解方法为:对于 (),,例如:

n=2时

n=3时

n=4时

…以此类推

(参考资料)[8]

参考资料 8

  1. 参考 1
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. http://img.sslibrary.com/n/slib/book/slib/11105160/5bb1430f2be042848376bc462f489158/1db82d9f0a6fcb60e789413d85732d27.shtml?dxbaoku=false&moocbaoku=false&deptid=1060&fav=https%3A%2F%2Fwww.sslibrary.com%2Freader%2Fpdg%2Fpdgreader%3Fd%3D1521b0c793588a74b648b2e07b16c9ce%26ssid%3D11105160&fenlei=13011101&spage=1&t=5&username=211.68.1.9&view=-1
  8. 参考 8
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