Формулы для создания пифагоровых троек

редактировать

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 1, 3, 5, 7, 9, 11,… {\ displaystyle 1,3,5,7,9,11, \ ldots}1,3,5,7,9,11, \ ldots и тот факт, что сумма первых n {\ displaystyle n}nчленов этой последовательности равна n 2 {\ displaystyle n ^ {2}}n ^ {2} . Если k {\ displaystyle k}k является n {\ displaystyle n}n-м членом этой последовательности, тогда n = (k + 1) / 2 {\ displaystyle n = (k + 1) / 2}n = (k + 1) / 2 .

Выберите любое нечетное квадратное число k {\ displaystyle k}k из этой последовательности (k = a 2 { \ displaystyle k = a ^ {2}}k = a ^ {2} ), и пусть этот квадрат будет n {\ displaystyle n}n-м членом последовательности. Кроме того, пусть b 2 {\ displaystyle b ^ {2}}b ^ {2} будет суммой предыдущих n - 1 {\ displaystyle n-1}n-1 терминов, и пусть c 2 {\ displaystyle c ^ {2}}c ^ {2} будет суммой всех n {\ displaystyle n}nтерминов. Затем мы установили, что a 2 + b 2 = c 2 {\ displaystyle a ^ {2} + b ^ {2} = c ^ {2}}a ^ {2} + b ^ {2} = c ^ {2} , и сгенерировали примитивную тройку [а, б, в]. Этот метод производит бесконечное количество примитивных троек, но не все из них.

ПРИМЕР. Выберите k = 9 = 3 2 = a 2 {\ displaystyle k = 9 = 3 ^ {2} = a ^ {2}}k = 9 = 3 ^ {2} = a ^ {2} . Это нечетное квадратное число является пятым членом последовательности, потому что 5 = n = (a 2 + 1) / 2 {\ displaystyle 5 = n = (a ^ {2} +1) / 2}5 = n = (a ^ {2} +1) / 2 . Сумма предыдущих 4 членов равна b 2 = 4 2 {\ displaystyle b ^ {2} = 4 ^ {2}}b ^ {2} = 4 ^ {2} , а сумма всех n = 5 {\ displaystyle n = 5}n = 5 условия равны c 2 = 5 2 {\ displaystyle c ^ {2} = 5 ^ {2}}c ^ {2} = 5 ^ {2 } , что дает нам a 2 + b 2 = c 2 {\ displaystyle a ^ {2} + b ^ {2} = c ^ {2}}a ^ {2} + b ^ {2} = c ^ {2} 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: 1 1 3, 2 2 5, 3 3 7, 4 4 9,… {\ displaystyle 1 {\ tfrac {1} {3}}, {\ text {}} 2 {\ tfrac {2 } {5}}, {\ text {}} 3 {\ tfrac {3} {7}}, {\ text {}} 4 {\ tfrac {4} {9}}, \ ldots}1 {\ tfrac {1} {3}}, {\ text {}} 2 {\ tfrac {2} {5}}, {\ text {}} 3 {\ tfrac {3} {7}}, {\ text {}} 4 {\ tfrac {4} {9}}, \ ldots

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, 3, 5, 7, 9, {\ displaystyle 3, {\ text {}} 5, {\ text {}} 7, {\ text {} } 9,}3, {\ text {}} 5, {\ text {}} 7, {\ text {}} 9, и т. Д.

Чтобы вычислить тройку Пифагора, выберите любой член этой прогрессии и уменьшите его до неправильной дроби. Например, возьмите термин 3 3 7 {\ displaystyle 3 {\ tfrac {3} {7}}}3 \ tfrac {3} {7} . Неправильная дробь: 24 7 {\ displaystyle {\ tfrac {24} {7}}}{\ tfrac {24} {7}} . Числа 7 и 24 - это стороны a и b прямоугольного треугольника, а гипотенуза на единицу больше наибольшей стороны. Например:

1 1 3 → дает [3, 4, 5], 2 2 5 → дает [5, 12, 13], 3 3 7 → дает [7, 24, 25], 4 4 9 → дает [9, 40, 41],… {\ displaystyle 1 {\ tfrac {1} {3}} {\ text {}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} {\ text {}} [3,4, 5], {\ text {2}} {\ tfrac {2} {5}} {\ text {}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} {\ text {}} [5,12,13 ], {\ text {3}} {\ tfrac {3} {7}} {\ text {}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} {\ text {}} [7,24,25], {\ text {4}} {\ tfrac {4} {9}} {\ text {}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} {\ text {}} [9,40,41], {\ text {}} \ ldots}1 {\ tfrac {1} {3}} {\ text {}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} {\ text {}} [3,4,5], {\ text {2}} {\ tfrac {2} {5}} {\ text {}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} {\ text {}} [5,1 2,13], {\ text {3}} {\ tfrac {3} {7}} {\ text {}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} {\ text {}} [7, 24,25], {\ text {4}} {\ tfrac {4} {9}} {\ text {}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} {\ text {}} [9, 40,41], {\ text {}} \ ldots

Жак Озанам переиздал последовательность Стифеля в 1694 году и добавил аналогичную последовательность 1 7 8, 2 11 12, 3 15 16, 4 19 20,… {\ displaystyle 1 { \ tfrac {7} {8}}, {\ text {}} 2 {\ tfrac {11} {12}}, {\ text {}} 3 {\ tfrac {15} {16}}, {\ text { }} 4 {\ tfrac {19} {20}}, \ ldots}1 {\ tfrac {7} {8}}, {\ text {}} 2 {\ tfrac {11} {12}}, { \ text {}} 3 {\ tfrac {15} {16}}, {\ text {}} 4 {\ tfrac {19} {20}}, \ ldots с членами, производными от n + 4 n + 3 4 n + 4 {\ displaystyle n + {\ tfrac {4n + 3} {4n + 4}}}n + {\ tfrac {4n + 3} {4n + 4}} . 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:

1 7 8 → дает [15, 8, 17], 2 11 12 → дает [35, 12, 37], 3 15 16 → дает [63, 16, 65], 4 19 20 → дает [99, 20, 101],… {\ displaystyle 1 {\ tfrac {7} {8}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} [15,8,17], 2 {\ tfrac {11} { 12}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} [35,12,37], 3 {\ tfrac {15} {16}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} [63,16,65 ], 4 {\ tfrac {19} {20}} {\ xrightarrow {\ text {yields}}} [99,20,101], \ ldots}1 {\ tfrac {7} {8}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} [15,8,17], 2 {\ tfrac {11} {12}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} [35,12,37], 3 {\ tfrac {15} {16}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} [63,16, 65], 4 {\ tfrac {19} {20}} {\ xrightarrow {{\ text {yields}}}} [99,20,101], \ ldots

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:

Платон: c - b = 2, Пифагор: c - b = 1, Ферма: | а - б | = 1 {\ displaystyle {\ text {Plato:}} cb = 2, \ quad \ quad {\ text {Pythagoras:}} cb = 1, \ quad \ quad {\ text {Fermat:}} \ left | ab \ right | = 1}{\ displaystyle {\ text {Plato:}} cb = 2, \ quad \ quad {\ text {Pythagoras :}} cb = 1, \ quad \ quad {\ text {Fermat:}} \ left | ab \ right | = 1}
Метод Диксона

Леонард Юджин Диксон (1920) приписывает себе следующий метод генерации пифагоровых троек. Чтобы найти целочисленные решения для x 2 + y 2 = z 2 {\ displaystyle x ^ {2} + y ^ {2} = z ^ {2}}x ^ {2} + y ^ {2} = z ^ {2 } , найдите целые положительные числа r, s, и t такое, что r 2 = 2 st {\ displaystyle r ^ {2} = 2st}r ^ {2} = 2-й представляет собой полный квадрат.

Тогда:

x = r + s, y = r + t, z = r + s + t. {\ displaystyle x = r + s \,, \, y = r + t \,, \, z = r + s + t.}x = r + s \,, \, y = r + t \,, \, z = r + s + t.

Отсюда мы видим, что r {\ displaystyle r}r - любое четное целое число, а s и t - множители r 2 2 {\ displaystyle {\ tfrac {r ^ {2}} {2}}}{\ tfrac {r ^ { 2}} {2}} . 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 r 2 2 = 18 {\ displaystyle {\ tfrac {r ^ {2} } {2}} = 18}{\ tfrac {r ^ {2}} {2}} = 18 . 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

(an, bn, cn) = (an - 1 + bn - 1 + cn - 1, F 2 n - 1 - bn - 1, F 2 п) {\ displaystyle (a_ {n}, b_ {n}, c_ {n}) = (a_ {n-1} + b_ {n-1} + c_ {n-1}, \, F_ {2n- 1} -b_ {n-1}, \, F_ {2n})}(a_ {n}, b_ {n}, c_ {n}) = (a _ {{n-1}} + b _ {{n-1}} + c _ {{n- 1}}, \, F _ {{2n-1}} - b _ {{n-1}}, \, F _ {{2n}})

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

(2 hn + 1 hn + 2, hnhn + 3, 2 hn + 1 hn + 2 + hn 2) {\ displaystyle (2h_ {n + 1} h_ {n + 2}), h_ {n} h_ {n + 3}, 2h_ {n + 1} h_ {n + 2} + h_ {n} ^ {2})}(2h _ {{n + 1}} h _ {{n + 2}}, h_ {n} h _ {{n + 3}}, 2h _ {{n + 1 }} h _ {{n + 2}} + h_ {n} ^ {2})

- 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.

[qq ′ ∙ ∙] {\ displaystyle \ left [{\ begin {array} {* {20} c} q {q '} \\\ bullet \ bullet \ end {array}} \ right]}\left[{{\begin{array}{*{20}c}q{q'}\\\bullet \bullet \end{array}}}\right]

Теперь примените следующее «правило Фибоначчи», чтобы получить записи в нижней строке:

q ′ + q = pq + p = p ′ → [qq ′ pp ′] {\ displaystyle {\ begin {array} {* {20} c} q '+ q = p \\ q + p = p' \ end {array}} \ to \ left [{\ begin {array} {* {20} c} q q '\\ p p '\ end {array}} \ right]}{\begin{array}{*{20}c}q'+q=p\\q+p=p'\end{array}}\to \left[{{\begin{array}{*{20}c}qq'\\pp'\end{array}}}\right]

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:

a = 2 qpb = q ′ p ′ c = pp ′ - qq ′ = qp ′ + q ′ p радиусы → (r 1 = qq ′, r 2 = qp ′, r 3 = q ′ p, r 4 = pp ′) A = qq ′ pp ′ P = r 1 + r 2 + r 3 + r 4 {\ displaystyle {\ begin {array} {l} a = 2qp \\ b = q'p '\\ c = pp'-qq' = qp '+ q'p \\\\ {\ text {радиусы} } \ to (r_ {1} = qq ', r_ {2} = qp', r_ {3} = q'p, r_ {4} = pp ') \\ A = qq'pp' \\ P = r_ {1} + r_ {2} + r_ {3} + r_ {4} \ end {array}}}{\displaystyle {\begin{array}{l}a=2qp\\b=q'p'\\c=pp'-qq'=qp'+q'p\\\\{\text{radii}}\to (r_{1}=qq',r_{2}=qp',r_{3}=q'p,r_{4}=pp')\\A=qq'pp'\\P=r_{1}+r_{2}+r_{3}+r_{4}\end{array}}}

Касательные половины углов при острых углах равны q / p и q '/ p' .

ПРИМЕР:

Использование взаимно простых целых чисел 9 и 2.

[2 9 ∙ ∙] → [2 9 11 13] {\ displaystyle \ left [{\ begin {array} {* {20} c} 2 9 \\\ bullet \ bullet \ end {array}} \ right] \ to \ left [{\ begin {array} {* {20} c} 2 и 9 \\ 11 и 13 \ end {array}} \ right]}\ left [{{\ begin {array} {* {20} c} 2 9 \\\ bullet \ bullet \ end {array}}} \ right] \ to \ left [{{\ begin {array} {* { 20} c} 2 и 9 \\ 11 и 13 \ end {array}}} \ right]

Столбцы, строки и диагональные произведения: (столбцы: 22 и 117), (строки: 18 и 143), (диагонали: 26 и 99), поэтому

a = 2 (22) = 44 b = 117 c = (143-18) = (26 + 99) = 125 радиусов → (r 1 = 18, r 2 = 26, r 3 = 99, r 4 = 143) A = 18 (143) = 2574 P = (18 + 26 + 99 + 143) = 286 {\ displaystyle {\ begin {array} {l} a = 2 (22) = 44 \\ b = 117 \\ c = (143-18) = (26 + 99) = 125 \\\\ {\ text {radii}} \ to (r_ {1} = 18, \ quad r_ { 2} = 26, \ quad r_ {3} = 99, \ quad r_ {4} = 143) \\ A = 18 (143) = 2574 \\ P = (18 + 26 + 99 + 143) = 286 \ end {array}}}{\ displaystyle {\ begin {array} {l} a = 2 ( 22) = 44 \\ b = 117 \\ c = (143-18) = (26 + 99) = 125 \\\\ {\ text {radii}} \ to (r_ {1} = 18, \ quad r_ {2} = 26, \ quad r_ {3} = 99, \ quad r_ {4} = 143) \\ A = 18 (143) = 2574 \\ P = (18 + 26 + 99 + 143) = 286 \ конец {массив}}}

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,

(k 1 + k 2 + k 3 + к 4) 2 знак равно 2 (к 1 2 + к 2 2 + к 3 2 + к 4 2), {\ displaystyle \ left (k_ {1} + k_ {2} + k_ {3} + k_ {4} \ right) ^ {2} = 2 \ left (k_ {1} ^ {2} + k_ {2} ^ {2} + k_ {3} ^ {2} + k_ {4} ^ {2} \ right),}\ left (k_ {1} + k_ {2} + k_ {3} + k_ {4} \ right) ^ {2} = 2 \ left (k_ {1} ^ {2} + k_ {2} ^ {2} + k_ {3} ^ {2} + k_ {4} ^ {2} \ right),

, 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.

[∙ x ∙ y] {\ displaystyle \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} \ bullet x \\\ bullet y \ end {array}} \ right]}\ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} \ bullet x \\\ bullet y \ end { массив}}} \ right]

Можно видеть, что эти целые числа также могут быть размещены следующим образом:

[∙ ху ∙], [ху ∙ ∙], [yx ∙ ∙] {\ displaystyle \ left [{\ begin {array} {* { 20} {c}} \ bullet x \\ y \ bullet \ end {array}} \ right], \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} x y \\\ bullet \ bullet \ end {array}} \ right], \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} y x \\\ bullet \ bullet \ end {array}} \ right]}\ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} \ bullet x \\ y \ bullet \ end {array}}} \ right], \ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} x y \\\ bullet \ bullet \ end {array}}} \ right], \ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} y x \\\ bullet \ bullet \ end {array}}} \ right ]

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:

[1 1 2 3] ← parent {\ displaystyle \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} 1 1 \\ 2 3 \ end {array}} \ right] \ leftarrow {\ text {parent}}}\ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} 1 1 \\ 2 3 \ конец {массив}}} \ right] \ leftarrow {\ text {parent}}
[2 1 3 5], [1 3 4 5], [3 1 4 7] ← дочерние элементы {\ displaystyle \ left [ {\ begin {array} {* {20} {c}} 2 1 \\ 3 5 \ end {array}} \ right], \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} 1 3 \\ 4 и 5 \ end {array}} \ right], \ left [{\ begin {array} {* {20} {c}} 3 1 \\ 4 7 \ end {array}} \ right] \ leftarrow {\ text {children} }}\ left [{{\ begin in {array} {* {20} {c}} 2 1 \\ 3 5 \ end {array}}} \ right], \ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} 1 3 \\ 4 и 5 \ end {array}}} \ right], \ left [{{\ begin {array} {* {20} {c}} 3 1 \\ 4 7 \ end {array}}} \ right] \ leftarrow {\ text {children}}

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 m 1 = (4 x + m) {\ displaystyle m_ {1} = (4x + m)}m_ {1} = (4x + m) и пусть n 1 = (x + n) {\ displaystyle n_ {1} = (x + n)}n_ {1} = (x + n)

Следовательно, подставляя значения m и n:

Сторона A = 2 m 1 n 1 = 2 (4 x + 5) (x + 2) = 8 x 2 + 26 x + 20 Сторона B = m 1 2 - n 1 2 = (4 x + 5) 2 - (x + 2) 2 = 15 x 2 + 36 x + 21 Сторона C = m 1 2 + n 1 2 = (4 x + 5) 2 + (x + 2) 2 = 17 x 2 + 44 x + 29 {\ displaystyle {\ begin {align} {\ text {Side}} A = 2m_ { 1} n_ {1} = 2 (4x + 5) {\ text {}} (x + 2) = 8x ^ {2} + 26x + 20 \\ {\ text {Side}} B = m_ {1 } ^ {2} -n_ {1} ^ {2} = (4x + 5) ^ {2} - (x + 2) ^ {2} = 15x ^ {2} + 36x + 21 \\ {\ текст {Side}} C = m_ {1} ^ {2} + n_ {1} ^ {2} = (4x + 5) ^ {2} + (x + 2) ^ {2} = 17x ^ { 2} + 44x + 29 \ end {align}}}{\ begin {align} {\ text {Side}} A = 2m_ {1} n_ {1} = 2 (4x + 5) {\ text {}} (x + 2) = 8x ^ {2} + 26x + 20 \\ {\ text {Side}} B = m_ {1} ^ {2} -n_ {1} ^ {2} = (4x + 5) ^ { 2} - (x + 2) ^ {2} = 15x ^ {2} + 36x + 21 \\ {\ text {Side}} C = m_ {1} ^ {2} + n_ {1} ^ {2 } = (4x + 5) ^ {2} + (x + 2) ^ {2} = 17x ^ {2} + 44x + 29 \ end {align}}

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.

xсторона aсторона bсторона cmn
020212952
154729093
2104153185134
3170264314175
4252405477216
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.

[- 1 2 2 - 2 1 2 - 2 2 3] A [abc] = [a 1 b 1 c 1], [1 2 2 2 1 2 2 2 3] B [abc] = [a 2 б 2 с 2], [1-2 2 2-1 1 2 2-2 3] С [abc] = [a 3 b 3 c 3] {\ displaystyle {\ overset {A} {\ mathop {\ left [{ \ begin {matrix} -1 2 2 \\ - 2 1 2 \\ - 2 2 3 \\\ end {matrix}} \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \\\ end { матрица}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {1} \\ b_ {1} \\ c_ {1} \\\ end {matrix}} \ right], \ quad {\ text { }} {\ overset {B} {\ mathop {\ left [{\ begin {matrix} 1 2 2 \\ 2 1 2 \\ 2 2 3 \\\ end {matrix}} \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} } a \\ b \\ c \\\ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {2} \\ b_ {2} \\ c_ {2} \ end {matrix} } \ right], \ quad {\ text {}} {\ overset {C} {\ mathop {\ left [{\ begin {matrix} 1 -2 2 \\ 2 -1 2 \\ 2 -2 3 \ end {matrix} } \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {3} \\ b_ { 3} \\ c_ {3} \ end {matrix}} \ right]}{ \ overset {A} {{\ mathop {\ left [{\ begin {matrix}} -1 2 2 \\ - 2 1 2 \\ - 2 2 3 \\\ end {matrix}} \ right]}}}} \ left [{\ begin {матрица} a \\ b \\ c \\\ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {1} \\ b_ {1} \\ c_ {1} \\\ end {matrix}} \ right], \ quad {\ text {}} {\ overset {B} {{\ mathop {\ left [{\ begin {matrix}} 1 2 2 \\ 2 1 2 \\ 2 2 3 \\\ end {матрица }} \ right]}}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \\\ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begini n {matrix} a_ {2} \\ b_ {2} \\ c_ {2} \ end {matrix}} \ right], \ quad {\ text {}} {\ overset {C} {{\ mathop {\ left [{\ begin {matrix} 1 -2 2 \\ 2 -1 2 \\ 2 -2 3 \ end {matrix}} \ right]}}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {3} \\ b_ {3} \\ c_ {3} \ end {matrix}} \ right]

Три линейных преобразования Берггрена:

- a + 2 b + 2 c = a 1 - 2 a + b + 2 c = b 1 - 2 a + 2 b + 3 c = c 1 → [a 1, b 1, c 1] + a + 2 b + 2 c = a 2 + 2 a + b + 2 c = b 2 + 2 a + 2 b + 3 c = c 2 → [a 2, b 2, c 2] + a - 2 b + 2 c = a 3 + 2 a - b + 2 c = b 3 + 2 a - 2 b + 3 c = c 3 → [a 3, b 3, c 3] {\ displaystyle {\ begin {align} {\ begin {matrix} -a + 2b + 2c = a_ {1} \ quad -2a + b + 2c = b_ {1} \ quad -2a + 2b + 3c = c_ {1} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {1 }, {\ text {}} b_ {1}, {\ text {}} c_ {1} \ right] \\\ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix} + a + 2b + 2c = {{a} _ {2}} \ quad + 2a + b + 2c = {{b} _ {2}} \ quad + 2a + 2b + 3c = {{c} _ {2}} \ quad \ to \ left [{\ text {}} {{a} _ {2}}, {\ text {}} {{b} _ {2}}, {\ text {}} {{c} _ {2 }} \ right] \\\ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix} + a-2b + 2c = {{a} _ {3}} \ quad + 2a-b + 2c = {{ b} _ {3}} \ quad + 2a-2b + 3c = {{c} _ {3}} \ quad \ to \ left [{\ text {}} {{a} _ {3}}, {\ text {}} {{b} _ {3}}, {\ text {}} {{c} _ {3}} \ right] \\\ end {matrix}} \\ \ end {выровнено} }}{\ begin {align} {\ begin { матрица} -a + 2b + 2c = a_ {1} \ quad -2a + b + 2c = b_ {1} \ quad -2a + 2b + 3c = c_ {1} \ quad \ to \ left [{ \ text {}} a_ {1}, {\ text {}} b_ {1}, {\ text {}} c_ {1} \ right] \\\ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix } + a + 2b + 2c = {{a} _ {{2}}} \ quad + 2a + b + 2c = {{b} _ {{2}}} \ quad + 2a + 2b + 3c = {{c} _ {{2}}} \ quad \ to \ left [{\ text {}} {{a} _ {{2}}}, {\ text {}} {{b} _ {{ 2}}}, {\ text {}} {{c} _ {{2}}} \ right] \\\ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix} + a-2b + 2c = { {a} _ {{3}}} \ quad + 2a-b + 2c = {{b} _ {{3}}} \ quad + 2a-2b + 3c = {{c} _ {{3} }} \ quad \ to \ left [{\ text {}} {{a} _ {{3}}}, {\ text {}} {{b} _ {{3}}}, {\ text { }} {{c} _ {{3}}} \ right] \\\ end {matrix}} \\ \ end {align}}

Кроме того, можно также использовать 3 разные матрицы, найденные Прайсом. Эти матрицы A ', B', C 'и соответствующие им линейные преобразования показаны ниже.

[2 1 - 1 - 2 2 2 - 2 1 3] A ′ [abc] = [a 1 b 1 c 1], [2 1 1 2 - 2 2 2 - 1 3] B ′ [abc] знак равно [a 2 b 2 c 2], [2 - 1 1 2 2 2 2 1 3] C ′ [abc] = [a 3 b 3 c 3] {\ displaystyle {\ overset {{A} '} {\ mathop {\ left [{\ begin {matrix} 2 1 -1 \\ - 2 2 2 \\ - 2 1 3 \ end {matrix}} \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {1} \\ b_ {1} \\ c_ {1} \ end {matrix}} \ right], \ quad {\ text {}} {\ overset {{B} '} {\ mathop {\ left [{\ begin {matrix} 2 1 1 \\ 2 -2 2 \\ 2 -1 3 \ end {matrix}} \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \\\ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} a_ {2} \\ b_ {2} \\ c_ {2} } \ end {matrix}} \ right], \ quad {\ text {}} {\ overset {{C} '} {\ mathop {\ left [{\ begin {matrix}} 2 -1 1 \\ 2 2 2 \\ 2 1 3 \\\ end {matrix}} \ right]}}} \ left [{\ begin {matrix} a \\ b \\ c \\\ end {matrix}} \ right] = \ left [{\ begin {matrix} } a_ {3} \\ b_ {3} \\ c_ {3} \ end {matrix}} \ right]}{\overset {{{A}'}}{{\mathop {\left[{\begin{matrix}21-1\\-222\\-213\end{matrix}}\right]}}}}\left[{\begin{matrix}a\\b\\c\end{matrix}}\right]=\left[{\begin{matrix}a_{1}\\b_{1}\\c_{1}\end{matrix}}\right],\quad {\text{ }}{\overset {{{B}'}}{{\mathop {\left[{\begin{matrix}211\\2-22\\2-13\end{matrix}}\right]}}}}\left[{\begin{matrix}a\\b\\c\\\end{matrix}}\right]=\left[{\begin{matrix}a_{2}\\b_{2}\\c_{2}\end{matrix}}\right],\quad {\text{ }}{\overset {{{C}'}}{{\mathop {\left[{\begin{matrix}2-11\\222\\213\\\end{matrix}}\right]}}}}\left[{\begin{matrix}a\\b\\c\\\end{matrix}}\right]=\left[{\begin{matrix}a_{3}\\b_{3}\\c_{3}\end{matrix}}\right]

Три линейных преобразования Прайса:

+ 2 a + b - c = a 1 - 2 a + 2 b + 2 c = b 1 - 2 a + b + 3 c = c 1 → [a 1, b 1, c 1] + 2 a + b + c = a 2 + 2 a - 2 b + 2 c = b 2 + 2 a - b + 3 c = c 2 → [a 2, b 2, c 2] + 2 a - b + c = a 3 + 2 a + 2 b + 2 c = b 3 + 2 a + b + 3 c = c 3 → [a 3, b 3, c 3] {\ displaystyle {\ begin {align} {\ begin {matrix} + 2a + bc = a_ {1} \ quad -2a + 2b + 2c = b_ {1} \ quad -2a + b + 3c = c_ {1} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {1}, {\ text {}} b_ {1}, {\ text {}} c_ {1} \ right] \ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix} + 2a + b + c = a_ {2 } \ quad + 2a-2b + 2c = b_ {2} \ quad + 2a-b + 3c = c_ {2} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {2}, {\ текст {}} b_ {2}, {\ text {}} c_ {2} \ right] \ end {matrix}} \\ {\ begin {matrix} + 2a-b + c = a_ {3} \ quad + 2a + 2b + 2c = b_ {3} \ quad + 2a + b + 3c = c_ {3} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {3}, {\ text {} } b_ {3}, {\ text {}} c_ {3} \ right] \ end {matrix}} \\ \ end {align}}}{\ begin { выровнено} {\ begin {matrix} + 2a + bc = a_ {1} \ quad -2a + 2b + 2c = b_ {1} \ quad -2a + b + 3c = c_ {1} \ quad \ в \ left [{\ text {}} a_ {1}, {\ text {}} b_ {1}, {\ text {}} c_ {1} \ right] \ end {matrix}} \ \ {\ begin {matrix} + 2a + b + c = a_ {2} \ quad + 2a-2b + 2c = b_ {2} \ quad + 2a-b + 3c = c_ {2} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {2}, {\ text {}} b_ {2}, {\ text {}} c_ {2} \ right] \ end {matrix}} \\ { \ begin {matrix} + 2a-b + c = a_ {3} \ quad + 2a + 2b + 2c = b_ {3} \ quad + 2a + b + 3c = c_ {3} \ quad \ to \ left [{\ text {}} a_ {3}, {\ text {}} b_ {3}, {\ text {}} c_ {3} \ right] \ end {matrix}} \\ \ end {выровнено }}

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:

[5, 12, 13] ABC [45, 28, 53] [55, 48, 73] [7, 24, 25] [5, 12, 13] A 'B' C '[9, 40, 41] [35, 12, 37] [11, 60, 61] {\ displaystyle {\ begin {array} {ccc} \ left [5,12,13 \ right] \\ A B C \\\ left [45,28,53 \ right] \ left [55,48,73 \ right] \ left [7,24,25 \ right] \ end {array}} \ quad \ quad \ quad \ quad \ quad \ quad {\ begin {array} {ccc} {} \ left [5,12,13 \ right ] {} \\ A 'B' C '\\\ влево [9,40,41 \ вправо] и \ влево [35,12,37 \ вправо] и \ влево [11,60,61 \ вправо] \ end {array}}}\begin{array}{ccc} \left[ 5,12,13 \right] \\ A B C \\ \left[ 45,28,53 \right] \left[ 55,48,73 \right] \left[ 7,24,25 \right] \end{array} \quad \quad \quad \quad \quad \quad \begin{array}{ccc} {} \left[ 5,12,13 \right] {} \\ A' B' C' \\ \left[ 9,40,41 \right] \left[ 35,12,37\right] \left[ 11,60,61 \right] \end{array}
Площадь, пропорциональная сумме квадратов

Все примитивные тройки с b + 1 = c {\ displaystyle b + 1 = c}b + 1 = c и с нечетное число может быть сгенерировано следующим образом:

тройка ПифагораПолупериметрПлощадьРадиус вписанной окружностиРадиус окружности
(3, 4, 5) {\ displaystyle \ left (3,4,5 \ right)}\ left (3,4,5 \ right) 1 + 2 + 36 × (1 2) {\ displaystyle 6 \ times (1 ^ {2}) }6 \ times (1 ^ {2}) 15 2 {\ displaystyle {\ tfrac {5} {2}}}{\ tfrac {5} {2}}
(5, 12, 13) {\ displaystyle \ left (5,12,13 \ right)}\ left (5,12,13 \ right) 1 + 2 + 3 + 4 + 56 × (1 2 + 2 2) { \ displaystyle 6 \ times (1 ^ {2} + 2 ^ {2})}6 \ раз (1 ^ {2} + 2 ^ {2}) 213 2 {\ displaystyle {\ tfrac {13} {2}}}{\ tfrac {13} { 2}}
(7, 24, 25) {\ displaystyle \ left (7,24,25 \ right)}\ left (7,24,25 \ right) 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 76 × (1 2 + 2 2 + 3 2) {\ displaystyle 6 \ times (1 ^ {2} + 2 ^ {2} + 3 ^ {2})}6 \ раз (1 ^ {2} + 2 ^ {2} + 3 ^ {2}) 325 2 {\ displaystyle {\ tfrac {25} {2}}}{\ tfrac {25 } {2}}
...................................
(a, a 2 - 1 2, a 2 + 1 2) {\ displaystyle \ left (a, {\ tfrac {a ^ {2} -1} {2}}, {\ tfrac {a ^ {2} +1} {2}} \ right)}\ left (a, {\ tfrac {a ^ {2} -1} {2}}, { \ tfrac {a ^ {2} +1} {2}} \ right) 1 + 2 +... + a6 × [1 2 + 2 2 + ⋯ + (a - 1 2) 2] {\ displaystyle 6 \ times \ left [1 ^ {2} + 2 ^ {2} + \ cdots + \ left ({\ tfrac {a-1} {2}} \ right) ^ {2} \ right]}6 \ times \ left [1 ^ {2} + 2 ^ {2} + \ cdots + \ left ({\ tfrac {a-1} {2}} \ right) ^ {2} \ right] (а - 1 2) {\ displaystyle \ left ({\ tfrac {a-1} {2}} \ right)}\ left ({\ tfrac {a-1} {2}} \ right) с 2 {\ displaystyle {\ tfrac {c} {2}}}{\ tfrac {c} {2}}
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 k>h 2 d: {\ displaystyle k>{\ frac {h {\ sqrt {2}}} {d}} :}k>{\ frac {h {\ sqrt {2}}} {d}}: 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

(h + dk, dk + (dk) 2 2 h, h + dk + (dk) 2 2 h). {\ Displaystyle (h + dk, dk + {\ frac {(dk) ^ {2}} {2h}}, h + dk + {\ frac {(dk) ^ {2}} {2h}}).}(h + dk, dk + {\ frac {( dk) ^ {2}} {2h}}, h + dk + {\ frac {(dk) ^ {2}} {2h}}).

Примитив тройки возникают, когда НОД (k, h) = 1 и либо h = q с нечетным q, либо h = 2q.

Ссылки
Последняя правка сделана 2021-05-20 11:49:16
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте