01--從勾股數到完美直角三角形
說到勾股數,最先想到的是什麼?
勾三股四弦五。
這是最簡單的一組勾股數,也是傳播度最廣的,它幾乎是勾股定理的代名詞。
所謂勾股數就是指滿足勾股定理的三個正整數,即a² b²=c²,其中a,b,c為正整數。
常見的勾股數:3,4,5;6,8,10;5,12,13;7,24,25等。
曆史上,有很多數學家發明了構造勾股數的公式,構造了各種類型的勾股數:
設三個連續的整數為x-1,x,x 1,
則(x 1)²-(x-1)²=x²,
解得x=0(舍去),x=4
則三個連續整數的勾股數隻有3,4,5這一組。
比如5,12,13;7,24,25等。構造公式為,2n 1,2n(n 1),2n(n 1) 1,其中n為正整數。
比如8,15,17;12,35,37等。構造公式為,4(n 1),4(n 1)²-1,4(n 1)² 1,其中n為正整數。
2m,m²-1,m² 1,其中n>1的正整數;
(m²-n²)/2,mn,(m² n²)/2,其中m,n>1為互質的奇數;
2m,m²-n²,m² n²,其中m>n,m,n互質,一奇一偶的正整數;
以勾股數為三邊的直角三角形稱為完美直角三角形。很顯然這樣的直角三角形很完美,但并不罕見,有無數個。
02--從完美直角三角形到歐拉磚完美直角三角形,對應于長方形就更有意思一些,即一個長方形其長寬及對角線長均為整數,這樣的長方形有無數個。
但是,追求完美是人類的秉性。數學家歐拉對這個問題也産生過興趣并且進行過研究,他由長寬對角線均為整數的長方形推及到長方體,提出能否找到長寬高及面對角線均為整數的長方體?後來人們把這種長方體叫做歐拉長方體,但人們更喜歡形象地把它叫做歐拉磚。
用字母來表示就是,長方體的長寬高分别為三個整數a,b,c,
則l1=√a² b²,l2=√a² c²,l3=√b² c²也均為整數。
在1719年,一個叫Paul Halcke的會計和工程師找到了“這塊磚”,這塊磚的長寬高分别為(44,174,240),更神奇的是44² 174²=125², 44² 240²=244²,174² 240²=267²,即這塊磚六個面的對線分别為125,244,267均為整數,這塊磚是最小的歐拉磚。很顯然棱長為(44n,174n,240n),其中n為正整數,這樣長方體仍為歐拉磚。
後來更多的人加入到尋磚之列,功夫不負有心人,又“挖”無數歐拉磚,列舉如下:
(85,132,720)
(125,240,252)
(140,480,693)
(160,231,792)
(187,1020,1584)
。。。。。。
再後來,英國一個叫尼古拉斯.桑德森的家夥幹脆“挖”到了一座礦。他發明一個構造歐拉磚的公式:由一組勾股數(a,b,c)為基礎,經過數學計算,勾兌為a(4b²-c²),b(4a²-c²),4abc時,
各面對角線為c^3,a(4b² c²),b(4a² c²)
下圖是按此法構造的一些歐拉磚:
03--從歐拉磚到完美長方體
因為歐拉磚并不稀缺,所以仍有缺憾!為了追求更加完美,有人把眼光投向了歐拉磚的體對角線。如果歐拉磚的體對角線也為整數,豈不更完美嗎?
用那塊最小(44,174,240)的歐拉磚來試試,其面對角線分别為125,244,267,其體對角線=√44² 174² 240²=5√2929,非整數,可惜啦。
再試一個(104,153,672),其體對角線=√104² 153² 672²=697,
三條面對角線185,680,3√52777,差一丢丢,還有一條面對角線不是整數,更可惜啦。
于是,人們把這樣的長方體作為完美的化身,孜孜以求,并且稱之為完美長方體。
若長方體的三條棱,三條面對角線,體對角線均為整數,這樣的長方體就叫做完美長方體。
即長方體的三條棱a,b,c為整數,
若其面對角線,l1=√a² b²,l2=√a² c²,l3=√b² c²均為整數,
體對角線g=√a² b² c²也為整數,則(a,b,c)為完美長方體。
完美長方體的概念提出之後,無數的數學家,數學愛好者都加入到尋找完美長方體的人流之中,經過幾個世紀的尋找,終于每次都與之擦肩而過,失之交臂。因而,完美長方體終成未解之謎。更奇葩的是,時至今日,人們既找不到她,也證明不了她不存在!
直到2009年,這是離她最近的一次。有人找到(271,103,106),其各項指标都符合,三條棱長,三條面對角線,體對角線都是整數。非常遺憾的是它不是長方體,隻是一個平行六面體,但人們還是給它取一個好聽的名字,叫拟完美長方體。
看完此文,你是否也被她所吸引,加入尋找完美長方體的隊伍之中來吧。聰明如你,幸運之神,在向你招手,說不定你能找到她!
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