智星论坛(IQSTAR BBS)
 
打印

[求助]一道题

[求助]一道题

一个直角三角形三边均为整数,周长是完全平方数,面积是立方数,求三边!

TOP

应该有无数组解:
Rt△ABC的三边同时扩大k倍,则C'=k*C, S'=k^2*S
设k=C^3*S^4,则C'=C^4*S^4, S'=C^6*S^9
本帖最近评分记录
  • sinaian 经验 +5 谢谢解答 2008-3-15 22:27
  • sinaian 金钱 +10 谢谢解答 2008-3-15 22:27

TOP

感谢古老师精彩解答

进一步我们考虑如果要找到所有的解,能不能用通项表示

TOP

找出特解不难,不过通解估计很难

TOP

引用:
原帖由 clever 于 2008-3-13 18:47 发表
感谢古老师精彩解答

进一步我们考虑如果要找到所有的解,能不能用通项表示
上面阿古只是列举了其中一种特解,所有解的通项目前不会 哈哈

TOP

先找出勾股数的通解吧,请参照:

已知a^2+b^2=c^2,a,b,c均为正整数,求a,b,c满足的条件.

      结论1:从题目中可以看出,a+b>c  (1)
      结论2:a^2=c^2-b^2=(c+b)*(c-b)  (2)
      从(2)中可以看出题目的关键是找出a^2做因式分解的性质,令X=c+b,Y=c-b
      所以:a^2=X*Y,(X>Y,a>Y)               (3)
      首先将Y做分解,设Y的所有因子中能写成平方数的最大的一个为k=m^2,所以Y=n*m^2  (4)
      又(3)式可知a^2=X*n*m^2           (5)
      比较(5)式两边可以a必能被m整除,且n中不可能存在素数的平方因子,否则与(4)中的最大平方数矛盾。
      同理可知a^2=Y*n'*m'^2                  (6),X=n'*m'^2,且 n'为不相同素数的乘积
      将(5)式与(6)式相乘得a^2=(m*m')^2*n'*n,(n,n'为不相同素数的乘积) (7)
      根据(7)知n*n'仍然为平方数,又由于n',n均为不相同素数乘积知n=n'(自行证明,比较简单)
      可知:
      a=m'*m*n
            c=(X+Y)/2=(n*m^2+n*m'^2)/2=n*(m^2+m'^2)/2
            b=(X-Y)/2=n*(m'^2-m^2)/2

TOP

结合阿古老师的解答,最小的勾股数a=3,b=4,c=5,则周长C=12,面积S=6,

放大最小倍数应该不是K=C^3*S^4,因为这里C与S不是互质。

假设这里的最小放大倍数应该是K,则K最小为3*2^4=48.

我得到的一组解(最小解?)为,三边分别是144,192,240。

TOP

本题通项解题:
首先,要求a^2+b^2=c^2才能满足直角三角形,而形如a^2+b^2=c^2的正整数通解形式为(6楼结论):
a=k*m*n
b=k*(m^2-n^2)/2
c=k*(m^2+n^2)/2
我们的思路是先从互质的a,b,c开始,再将a,b,c同时放大K倍,得到符合题意的a',b',c'。
为满足abc互质,显然必须消去k,而且必须m,n互质,而且m,n均为奇数。
那么通项就可以表示为:
a=mn
b=(m^2-n^2)/2
c=(m^2+n^2)/2
这里m>n,且m,n为互质的正奇数。

这时,周长C=m^2+mn=m(m+n),面积S=ab/2=mn(m^2-n^2)/4=mn(m+n)(m-n)/4.
考察:
C=m(m+n)
S=mn(m+n)(m-n)/4
为了得到C为平方数,S为立方数,需要将边长扩大K倍,用配方法,并注意到C和S有公因子m(m+n),容易知道:
K=m(m+n)*n^4*(m-n)^4*2^4的时候,
C'=m^2*(m+n)^2*n^4*(m-n)^4*2^4,是完全平方数,而
S'=m^3*(m+n)^3*n^9*(m-n)^9*2^6,是完全立方数。

我们注意到这样得到的K并不是最优解,比如里面含有2的至少10次幂。我们为了优化K,把K作素因子分解,并消去其中所有的素因子的6次幂,得到最优的K'。
这样,我们得到了通解:
当:
a=i^6*K'mn
b=i^6*K'(m^2-n^2)/2
c=i^6*K'(m^2+n^2)/2

的时候,能保证周长是完全平方数,而面积是完全立方数。
其中i为任意正整数,m>n,且m,n为互质的正奇数。
K'是K消去所有素因子的6次幂的优化结果,而K=m(m+n)*n^4*(m-n)^4*2^4。


对一组固定的m和n,当i=1时候,为这一组的最小解。

举例说明:
例1)当m=3,n=1时候
我们有:
a=3,b=4,c=5,周长C=12,面积S=6
这时,K=m(m+n)*n^4*(m-n)^4*2^4=3*4*1*2^4*2^4=3*2^10
消去2的6次幂,得到优化的K':
K'=3*2^4=48
也就是说,当:
a=i^6*3*48=144*i^6
b=i^6*4*48=192*i^6
c=i^6*5*48=240*i^6的时候,
C'=576*i^6=(24*i^3)^2,是完全平方数;
S'=13824*i^6=(24^i^2)^3,是完全立方数。
而当i=1时候,a=144,b=192,c=240为这一组的最小解。这也可以确定是本题的最小解。
例2)当m=7,n=3时候
我们有:
a=21,b=20,c=29,周长C=70,面积S=210
这时,K=m(m+n)*n^4*(m-n)^4*2^4=7*10*3^4*4^4*2^4=7*5*2^13*3^4
消去2的12次幂(2个6次幂),得到优化的K':
K'=7*5*2*3^4=5670
也就是说,当:
a=i^6*21*5670=119070*i^6
b=i^6*20*5670=113400*i^6
c=i^6*29*5670=164430*i^6的时候,
C'=396900*i^6=(630*i^3)^2,是完全平方数;
S'=6751269000*i^6=(1890^i^2)^3,是完全立方数。
而当i=1时候,a=119070,b=113400,c=164430为这一组的最小解。

TOP

谢..
汗...有点困难...
请问楼上的是学生吗?

TOP

第一步,推理出勾股数a,b,c的通式,并简化到互质形式。
第二步,假设将a,b,c扩大K倍,能满足C为平方数,S为立方数。推导出K的表达式,并优化为K'。
第三步,如果a,b,c满足条件,那么a,b,c都扩大i^6,一定也满足条件,所以在最后的通式里,增加i^6的因子。

哪一步没有看明白?

TOP

当前时区 GMT+8, 现在时间是 2008-9-7 19:34

Processed in 0.105833 second(s), 12 queries, Gzip enabled.


Skin By Wing