01--从勾股数到完美直角三角形
说到勾股数,最先想到的是什么?
勾三股四弦五。
这是最简单的一组勾股数,也是传播度最广的,它几乎是勾股定理的代名词。
所谓勾股数就是指满足勾股定理的三个正整数,即a² b²=c²,其中a,b,c为正整数。
常见的勾股数:3,4,5;6,8,10;5,12,13;7,24,25等。
历史上,有很多数学家发明了构造勾股数的公式,构造了各种类型的勾股数:
- 三个连续整数的勾股数。
设三个连续的整数为x-1,x,x 1,
则(x 1)²-(x-1)²=x²,
解得x=0(舍去),x=4
则三个连续整数的勾股数只有3,4,5这一组。
- 后两个为连续整数的勾股数。
比如5,12,13;7,24,25等。构造公式为,2n 1,2n(n 1),2n(n 1) 1,其中n为正整数。
- 后两个数为连续奇数的勾股数。
比如8,15,17;12,35,37等。构造公式为,4(n 1),4(n 1)²-1,4(n 1)² 1,其中n为正整数。
- 其他类型的勾股数。
2m,m²-1,m² 1,其中n>1的正整数;
(m²-n²)/2,mn,(m² n²)/2,其中m,n>1为互质的奇数;
2m,m²-n²,m² n²,其中m>n,m,n互质,一奇一偶的正整数;
以勾股数为三边的直角三角形称为完美直角三角形。很显然这样的直角三角形很完美,但并不罕见,有无数个。
02--从完美直角三角形到欧拉砖完美直角三角形,对应于长方形就更有意思一些,即一个长方形其长宽及对角线长均为整数,这样的长方形有无数个。
但是,追求完美是人类的秉性。数学家欧拉对这个问题也产生过兴趣并且进行过研究,他由长宽对角线均为整数的长方形推及到长方体,提出能否找到长宽高及面对角线均为整数的长方体?后来人们把这种长方体叫做欧拉长方体,但人们更喜欢形象地把它叫做欧拉砖。
用字母来表示就是,长方体的长宽高分别为三个整数a,b,c,
则l1=√a² b²,l2=√a² c²,l3=√b² c²也均为整数。
在1719年,一个叫Paul Halcke的会计和工程师找到了“这块砖”,这块砖的长宽高分别为(44,174,240),更神奇的是44² 174²=125², 44² 240²=244²,174² 240²=267²,即这块砖六个面的对线分别为125,244,267均为整数,这块砖是最小的欧拉砖。很显然棱长为(44n,174n,240n),其中n为正整数,这样长方体仍为欧拉砖。
后来更多的人加入到寻砖之列,功夫不负有心人,又“挖”无数欧拉砖,列举如下:
(85,132,720)
(125,240,252)
(140,480,693)
(160,231,792)
(187,1020,1584)
。。。。。。
再后来,英国一个叫尼古拉斯.桑德森的家伙干脆“挖”到了一座矿。他发明一个构造欧拉砖的公式:由一组勾股数(a,b,c)为基础,经过数学计算,勾兑为a(4b²-c²),b(4a²-c²),4abc时,
各面对角线为c^3,a(4b² c²),b(4a² c²)
下图是按此法构造的一些欧拉砖:
03--从欧拉砖到完美长方体
因为欧拉砖并不稀缺,所以仍有缺憾!为了追求更加完美,有人把眼光投向了欧拉砖的体对角线。如果欧拉砖的体对角线也为整数,岂不更完美吗?
用那块最小(44,174,240)的欧拉砖来试试,其面对角线分别为125,244,267,其体对角线=√44² 174² 240²=5√2929,非整数,可惜啦。
再试一个(104,153,672),其体对角线=√104² 153² 672²=697,
三条面对角线185,680,3√52777,差一丢丢,还有一条面对角线不是整数,更可惜啦。
于是,人们把这样的长方体作为完美的化身,孜孜以求,并且称之为完美长方体。
若长方体的三条棱,三条面对角线,体对角线均为整数,这样的长方体就叫做完美长方体。
即长方体的三条棱a,b,c为整数,
若其面对角线,l1=√a² b²,l2=√a² c²,l3=√b² c²均为整数,
体对角线g=√a² b² c²也为整数,则(a,b,c)为完美长方体。
完美长方体的概念提出之后,无数的数学家,数学爱好者都加入到寻找完美长方体的人流之中,经过几个世纪的寻找,终于每次都与之擦肩而过,失之交臂。因而,完美长方体终成未解之谜。更奇葩的是,时至今日,人们既找不到她,也证明不了她不存在!
直到2009年,这是离她最近的一次。有人找到(271,103,106),其各项指标都符合,三条棱长,三条面对角线,体对角线都是整数。非常遗憾的是它不是长方体,只是一个平行六面体,但人们还是给它取一个好听的名字,叫拟完美长方体。
看完此文,你是否也被她所吸引,加入寻找完美长方体的队伍之中来吧。聪明如你,幸运之神,在向你招手,说不定你能找到她!
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