勾股数的神奇规律


大家好,欢迎大家一起来探索勾股数的神奇规律:

首先展示两组数据:

(1)第一组数据      (2)第二组数据

          3,4,5,                  6,8,10

          5,12,13                  8,15,17

          7,24,25                  10,24,26

          9,40,41                  12,35,37

          11,60,61                14,48,50

          13,84,85                16,63,65

          15,110,111            18,80,82


一、引

根据题目的提示,我们可以发现这些数都符合勾股定理(a²+b²=c²),并且均为正整数,所以上述所有数组都是勾股数。

下面让我们探索勾股数的规律吧٩(๑^o^๑)۶


二、勾股数的规律

1、我们先观察第一组数据。首先发现其最小值为奇数,而另外两数是连续正整数。表面上似乎只能看到这么多,我们继续深入。

我们用乘方进行尝试。先给暂时没看出关系的最小值进行乘方。

3²=9,5²=25,7²=49

大家有没有发现,在第一列数据中,每组数的较大两数之和正好等于这组数最小值的平方。即:

3²=9=4+5,5²=25=12+13,7²=49=24+25

我们再试几组进行验证。

9²=81=40+41,11²=121=60+61

目前看来这个规律是正确的。那么我们再次注意到开始时发现的规律:第一列中每组数较大两数差为一。那么总结这两点就可初步发现以下规律:

    一个正奇数(除1外)与两个和等于此正奇数平方的连续正整数是一组勾股数。
    设n为一正奇数(n≠1),那么以n为最小值的一组勾股数可以是: n,(n²-1)/2,(n²+1)/2

当然,上面数据再多也只是特例,让我们用代数式进行普遍性的验证:

  [(n²+1)/2]² - [(n²-1)/2]²

=(n²+1)²/4 - (n²-1)²/4

=[n⁴+2n²+1-n⁴+2n²-1]/4

=n² (勾股定理逆定理)

验证成功,上述规律正确✔️o(^o^)o

2、第一组数据探索出了规律,我们继续探索第二组数据。

我们如法炮制,首先发现第二组数据均以偶数为最小数,而另外两数是差为2的正整数。似乎也只能看出这么多,那我们继续用最小数乘方对比另外两数之和进行尝试。

6²=36,    8²=64,      10²=100

10+8=18,15+17=32,24+26=50

这次好像是后两数之和的二倍等于最小数平方?我们进行更多尝试。

12²=144=2(35+37),14²=196=2(48+50)

初步看来规律正确,那我们还是用代数式验证一下普遍性吧:

    设m为一正偶数,那么以m为最小值的一组勾股数可以是:

      m,(m²/4)-1,(m²/4)+1

验证:[(m²/4)+1]²-[(m²/4)-1]²

      =[(m²/4)²+m²+1]-[(m²/4)²-m²+1]

      =(m²/4)²+m²/2+1-(m²/4)²+m²/2-1

      =m²

验证成功,规律正确✔️ 这点可总结为以下规律:

    当一个正偶数为最小值时,它(除0,2和4)与两个和之二倍等于此正偶数平方的差为一的正整数是一组勾股数。
    设m为一正偶数,那么以m为最小值(m≠0,m≠2,m≠4)的一组勾股数可以是:m,(m²/4)-1,(m²/4)+1

3、规律总结完了吗?当然没有。还有一些特殊的勾股数需要我们探索⊙v⊙

下面我们看这些数:

①12,16,20    ②18,24,30

首先根据勾股定理可以判断它们都是勾股数。但是仔细观察,我们发现它们每组的三个数都是一组勾股数的正整数倍。

3,4,5分别乘4得12,16,20

6,8,10分别乘3得18,24,30

一组勾股数的正整数倍也是一组勾股数吗?我们还是用代数式验证一下:

    设a²+b²=c²

    则各项乘n倍后为na²+nb²=nc²

                                n(a²+b²)=nc²

符合等式的基本性质,规律成立✔️我们可以由此进行总结:

一组勾股数的正整数倍还是一组勾股数。

三、结

ps:本次探索成果主要用于寻找勾股数,而用其逆命题判断勾股数时可能会有覆盖不完全现象(如20,21,29),有兴趣的小伙伴可以继续深入吖。

        那么本次关于勾股数神奇规律的探索就至此告一段落了,一起期待下个课题吧。

        ∪・ω・∪

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