Помимо формулы Евклида, многие другие формулы для создания пифагоровых троек имеют был разработан.
Содержание
- 1 Формулы Евклида, Пифагора и Платона
- 2 Метод Фибоначчи
- 3 Прогрессии целых и дробных чисел
- 4 Метод Диксона
- 5 Обобщенная последовательность Фибоначчи
- 5.1 Метод I
- 5.2 Метод II
- 5.3 Метод III
- 5.3.1 Пифагоровы тройки и уравнение круга Декарта
- 5.3.2 Тройное дерево: создание всех примитивных пифагоровых троек
- 6 Генерация троек с использованием квадратных уравнений
- 7 троек Пифагора с использованием матриц и линейных преобразований
- 8 Площадь, пропорциональная суммам квадратов
- 9 Теорема перечисления превышения высоты
- 10 Ссылки
Формулы Евклида, Пифагора и Платона
Формулы Евклида, Пифагора и Платона для вычисления троек были описаны здесь:
Приведенные ниже методы появляются в различных источниках, часто без указания их происхождения.
Метод Фибоначчи
Леонардо Пизанский (c.1170 - ок. 1250) описал этот метод генерации примитивных троек с использованием последовательности последовательных нечетных целых чисел и тот факт, что сумма первых членов этой последовательности равна . Если является -м членом этой последовательности, тогда .
Выберите любое нечетное квадратное число из этой последовательности (), и пусть этот квадрат будет -м членом последовательности. Кроме того, пусть будет суммой предыдущих терминов, и пусть будет суммой всех терминов. Затем мы установили, что , и сгенерировали примитивную тройку [а, б, в]. Этот метод производит бесконечное количество примитивных троек, но не все из них.
ПРИМЕР. Выберите . Это нечетное квадратное число является пятым членом последовательности, потому что . Сумма предыдущих 4 членов равна , а сумма всех условия равны , что дает нам и примитивная тройка [a, b, c] = [3, 4, 5 ].
Прогрессия целых и дробных чисел
Немецкий математик и монах Михаэль Штифель опубликовал следующий метод в 1544 году.
Рассмотрим последовательность целых и дробных чисел. дробные числа:
Свойства к этой прогрессии относятся: (а) целые числа являются числами общего ряда и имеют единство как их общее различие; (б) числители дробей, приложенные к целым числам, также являются натуральными числами; (c) знаменатели дробей - нечетные числа, и т. Д.
Чтобы вычислить тройку Пифагора, выберите любой член этой прогрессии и уменьшите его до неправильной дроби. Например, возьмите термин . Неправильная дробь: . Числа 7 и 24 - это стороны a и b прямоугольного треугольника, а гипотенуза на единицу больше наибольшей стороны. Например:
Жак Озанам переиздал последовательность Стифеля в 1694 году и добавил аналогичную последовательность с членами, производными от . Как и раньше, чтобы получить тройку из этой последовательности, выберите любой член и уменьшите его до неправильной дроби. Числитель и знаменатель - это стороны a и b прямоугольного треугольника. В этом случае гипотенуза полученной тройки (ей) на 2 больше, чем большая сторона. Например:
Вместе последовательности Стифеля и Озанама производят все примитивные тройки Платон и Пифагор семьи соответственно. Семейство Fermat нужно искать другими способами.
С a более коротким и b более длинным участком треугольника:
Метод Диксона
Леонард Юджин Диксон (1920) приписывает себе следующий метод генерации пифагоровых троек. Чтобы найти целочисленные решения для , найдите целые положительные числа r, s, и t такое, что представляет собой полный квадрат.
Тогда:
Отсюда мы видим, что - любое четное целое число, а s и t - множители . Этим методом можно найти все пифагоровы тройки. Когда s и t взаимно просты, тройка будет примитивной. Простое доказательство метода Диксона было представлено Джозефом Рукавицкой (2013).
Пример: выберите r = 6. Тогда . Три пары факторов из 18: (1, 18), (2, 9) и (3, 6). Все три пары факторов дадут тройки, используя приведенные выше уравнения.
- s = 1, t = 18 дает тройку [7, 24, 25], потому что x = 6 + 1 = 7, y = 6 + 18 = 24, z = 6 + 1 + 18 = 25.
- s = 2, t = 9 производит тройное число [8, 15, 17], поскольку x = 6 + 2 = 8, y = 6 + 9 = 15, z = 6 + 2 + 9 = 17.
- s = 3, t = 6 дает тройку [9, 12, 15], потому что x = 6 + 3 = 9, y = 6 + 6 = 12, z = 6 + 3 + 6 = 15. (Поскольку s и t не взаимно просты, эта тройка не является примитивной.)
Обобщенная последовательность Фибоначчи
Метод I
Для чисел Фибоначчи, начинающихся с F 1 = 0 и F 2 = 1, и каждое последующее число Фибоначчи является суммой двух предыдущих, можно сгенерировать последовательность пифагоровых троек, начиная с (a 3, b 3, c 3) = (4, 3, 5) через
для n ≥ 4.
Метод II
Пифагорова тройка может быть сгенерирована с использованием любого t два положительных целых числа с помощью следующих процедур с использованием обобщенных последовательностей Фибоначчи.
Для начальных положительных целых чисел h n и h n + 1, если h n + h n + 1 = h n + 2 и h n + 1 + h n + 2 = h n +3, затем
- тройка Пифагора.
Метод III
Далее следует подход на основе матрицы к генерации примитивных троек с обобщенными последовательностями Фибоначчи. Начните с массива 2 × 2 и вставьте два взаимно простых положительных целых числа (q, q ') в верхнюю строку. Поместите четное целое число (если есть) в левый столбец.
Теперь примените следующее «правило Фибоначчи», чтобы получить записи в нижней строке:
Такой массив можно назвать «Блоком Фибоначчи». Обратите внимание, что q ', q, p, p' - это обобщенная последовательность Фибоначчи. Взяв произведение столбцов, строк и диагоналей, мы получим стороны треугольника [a, b, c], его площадь A и его периметр P, как а также радиусы riего вписанной окружности и трех вневписанных окружностей следующим образом:
Касательные половины углов при острых углах равны q / p и q '/ p' .
ПРИМЕР:
Использование взаимно простых целых чисел 9 и 2.
Столбцы, строки и диагональные произведения: (столбцы: 22 и 117), (строки: 18 и 143), (диагонали: 26 и 99), поэтому
Касательные половины углов к острым углам равны 2/11 и 9/13. Обратите внимание, что если выбранные целые числа q, q'не являются взаимно простыми, та же процедура приводит к непримитивной тройке.
Пифагоровы тройки и уравнение круга Декарта
Этот метод генерации примитивных пифагоровых троек также обеспечивает целочисленные решения для уравнения круга Декарта,
, где целое число кривизны kiполучают путем умножения обратной величины каждого радиуса на площадь A . Результат: k 1 = pp ', k 2 = qp', k 3 = q'p, k 4 = qq. '. Здесь самая большая окружность имеет отрицательную кривизну по сравнению с тремя другими. Самый большой круг (кривизна k 4) также может быть заменен меньшим кругом с положительной кривизной (k 0 = 4pp '- qq').
ПРИМЕР:
Используя площадь и четыре радиуса, полученные выше для примитивной тройки [44, 117, 125], мы получаем следующие целочисленные решения уравнения Декарта: k 1 = 143, k 2 = 99, k 3 = 26, k 4 = (−18) и k 0 = 554.
Тернарное дерево: создание всех примитивных пифагоровых троек
Каждая примитивная пифагорова тройка однозначно соответствует прямоугольнику Фибоначчи. И наоборот, каждый ящик Фибоначчи соответствует уникальной и примитивной пифагорейской тройке. В этом разделе мы будем использовать прямоугольник Фибоначчи вместо примитивной тройки, которую он представляет. Бесконечное троичное дерево, содержащее все примитивные пифагоровы тройки / блоки Фибоначчи, может быть построено с помощью следующей процедуры.
Рассмотрим блок Фибоначчи, содержащий два нечетных взаимно простых целых числа x и y в правой части. ручная колонка.
Можно видеть, что эти целые числа также могут быть размещены следующим образом:
результат в еще трех допустимых ячейках Фибоначчи, содержащих x и y. Мы можем думать о первом Box как о «родителе» следующих трех. Например, если x = 1 и y = 3, мы имеем:
Более того, каждый «потомок» сам является родителем еще трех потомков, которые могут быть получены с помощью той же процедуры. Продолжение этого процесса в каждом узле приводит к бесконечному тернарному дереву, содержащему все возможные блоки Фибоначчи, или, что эквивалентно, к тернарному дереву, содержащему все возможные примитивные тройки. (Показанное здесь дерево отличается от классического дерева, описанного Берггреном в 1934 году, и имеет множество различных теоретико-числовых свойств.) Сравните: «Классическое дерево». См. Также Дерево примитивных пифагоровых троек.
Генерация троек с использованием квадратных уравнений
Существует несколько методов для определения квадратных уравнений для вычисления каждого отрезка пифагоровой тройки. Простой способ - изменить стандартное уравнение Евклида, добавив переменную x к каждой паре m и n. Пара m, n рассматривается как константа, в то время как значение x изменяется для создания «семейства» троек на основе выбранной тройки. Произвольный коэффициент может быть помещен перед значением «x» на m или n, что приводит к тому, что результирующее уравнение систематически «пропускает» тройки. Например, рассмотрим тройку [20, 21, 29], которую можно вычислить из уравнений Евклида со значением m = 5 и n = 2. Также произвольно поставьте коэффициент 4 перед «x» в термин "м".
Пусть и пусть
Следовательно, подставляя значения m и n:
Обратите внимание, что исходная тройка содержит постоянный член в каждом из соответствующих квадратных уравнений. Ниже приведен пример вывода этих уравнений. Обратите внимание, что в результате этих уравнений значение «m» в уравнениях Евклида увеличивается с шагом 4, а значение «n» увеличивается на 1.
x | сторона a | сторона b | сторона c | m | n |
---|
0 | 20 | 21 | 29 | 5 | 2 |
1 | 54 | 72 | 90 | 9 | 3 |
2 | 104 | 153 | 185 | 13 | 4 |
3 | 170 | 264 | 314 | 17 | 5 |
4 | 252 | 405 | 477 | 21 | 6 |
Пифагоровы тройки с использованием матриц и линейных преобразований
Пусть [a, b, c] будет примитивной тройкой с нечетным числом. Затем 3 новых тройки [a 1, b 1, c 1 ], [a 2, b 2, c 2 ], [a 3, b 3, c 3 ] могут быть получены из [a, b, c ] с использованием матричного умножения и трех матриц Берггрена A, B, C. Тройка [a, b, c] называется родительской для трех новых троек (дочерних). Каждый ребенок сам является родителем еще трех детей и так далее. Если начать с примитивной тройки [3, 4, 5], все примитивные тройки в конечном итоге будут получены путем применения этих матриц. Результат может быть графически представлен в виде бесконечного троичного дерева с [a, b, c] в корневом узле. Эквивалентный результат может быть получен с использованием трех линейных преобразований Берггрена, показанных ниже.
Три линейных преобразования Берггрена:
Кроме того, можно также использовать 3 разные матрицы, найденные Прайсом. Эти матрицы A ', B', C 'и соответствующие им линейные преобразования показаны ниже.
Три линейных преобразования Прайса:
3 дочерних элемента, созданных каждым из двух наборов матриц не то же самое, но каждый набор отдельно производит все примитивные тройки.
Например, используя [5, 12, 13] в качестве родителя, мы получаем два набора из трех дочерних элементов:
Площадь, пропорциональная сумме квадратов
Все примитивные тройки с и с нечетное число может быть сгенерировано следующим образом:
тройка Пифагора | Полупериметр | Площадь | Радиус вписанной окружности | Радиус окружности |
---|
| 1 + 2 + 3 | | 1 | |
| 1 + 2 + 3 + 4 + 5 | | 2 | |
| 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 | | 3 | |
....... | ....... | ....... | ....... | ....... |
| 1 + 2 +... + a | | | |
Теорема перечисления превышения высоты
Уэйд и Уэйд впервые представили категоризацию пифагоровых троек по их высоте, определяемой как c - b, ссылка от 3,4,5 до 5,12,13 и 7,24,25 и так далее.
Маккалоу и Уэйд расширили этот подход, который производит все пифагоровы тройки, когда Запишите положительное целое число h как pq с p без квадратов и q положительным. Установите d = 2pq, если p нечетное, или d = pq, если p четное. Для всех пар (h, k) натуральных чисел тройки задаются как
Примитив тройки возникают, когда НОД (k, h) = 1 и либо h = q с нечетным q, либо h = 2q.
Ссылки