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题目

勾股定理,几何中占据基础地位 勾股定理入门,常从3、4、5这一组数开始 符合勾股定理的“整数”,称之为勾股数 ——比如3×3+4×4=5×5 ——比如5×5+12×12=13×13 问题:找出100以内所有勾股数?

更多勾股数

找到再多一些的勾股数 ——自然的、基础的、有趣的数学问题

也是成熟的数学问题,费马、欧拉给出过精彩的结论。 也无意复述清晰的解答,AI做的更好。

想的是:依赖初中知识(甚至低至小学奥数)+好思维,在这道题上能做点什么?以浅浅的知识,以稚嫩的思维,也有机会把100以内的勾股数都找出来。体会一下“数学”的样子——窃以为,这份努力就是数学的样子。

方法,初中知识足以

对 稍加变化, 由此,得到一个很简单的步骤

  1. 给定直边长a,比如a=8
  2. 计算平方:8×8=64
  3. 写成乘积:8×8=64=32×2
  4. 写成平方差:8×8=64=32×2=(17+15)(17-15)
  5. 得勾股定理:8×8=17×17-15×15 得到勾股数:8、17、15

一些示例

一点概念细节

3、4、5是一组勾股数 6、8、10也是一组勾股数 不妨称:3、4、5是基础勾股数,6、8、10是倍乘勾股数 基础勾股数和它的倍乘勾股数,形成一个勾股数簇 我们比较关注的,当然是:基础勾股数

基于20以内的所有勾股数

  1. 以上“15、46、49”计算错误,正确的是“15、36、39” ——故 ⑩号不存在,属于 5、12、13一族
  2. 以上,一共15组基础勾股数,其中有几个日常可见

15组基础勾股数

3、4、5 5、12、13 7、24、25 8、15、17 9、40、41 11、60、61 12、35、37 13、84、85 15、112、113 16、63、65 17、144、145 36、77、85 19、180、181 20、101、99 20、21、29

以上15个中,前5个和最后1个,日常题目中有机会碰到

一份图示

看看这15组基础勾股数的形状

附(一):勾股数的最大最小范围

如果Rt▲一条直角边是10cm, 那,另一条直角边可以非常长,无限长,斜边也跟着非常长 比如a=10,b=50、51、80、1000…,都没问题 都能找到对应的c,组成一个直角三角形

如果限定在“整数”,就不对了 若一直角边长度定为整数a,则另两边(整数)b、c需要满足

即,当a=10; 则,另一直边b不能小于5不能大于50 太小、太大,都不可能组成3个满足勾股定理的整数边长

背后道理,有两种理解

理解方式一,依赖于上面的求解公式

  1. 基于
  2. 当M、N的差最大时
  3. 当M、N的差最小时,b最小 合适M、N差最小?并不是
  4. 怎么求最小?利用对偶,大概可以 将 中的a、b对换 即: 即:
  5. 进一步,根据b的最小值,求c的最小值 非常合理
  6. 窃以为,以上4、5两步处理,挺不错的

理解方式二,自然的解读理解

  1. 当一直角边=a,另一直边b很大,但需要满足c≥b+1 即需要满足: 整理,易得:,即: 此时, 此时,
  2. 当一直角边=a,另一直边b很小,但也需要满足c≥a+1 即需要满足: 整理,易得:,即: 此时, 此时,
  3. 窃以为,以上思路挺好 最大、最小,简单、清晰、对称

或还有其他手段,抛砖引玉,静待高见!

附:关于“方式二的道理来源 即,这个解读,怎么想到的? ——来自于对整数平方、开平方的理解 ——如下 当一个数很小,比如37,一个数很大,比如2000 那么 无论如何都不是整数 把2000换成2001、2002、…,也都不行 因为:37力量太微弱了,不足以让平方根+1 即, 那,还怎么可能是整数!

以上,这些有什么用? 好像没什么用 数学的有趣便在于这自由而无用

附(二):规避重复簇

通过 能得到哪些勾股数

  1. 3600 共有 (5×3×3=)45 个因子 3600=A×B,共有23个不同的分解方法
  2. 3600能得到23组勾股数吗? 也对,的确23组;也不对,其中很多属于同一簇
  3. 如果考虑成比例缩放,其中有一些是成倍放大后的勾股数
  4. 例如 60、100、80是一组倍乘勾股数
  5. 例如 60 303 297 是一组倍乘勾股数 因为:m=6是3的倍数,n=600是3的倍数 因此,得到的c=(m+n)/2,b=(m-n)/2,指定也是3的倍数 那么,加上a也是3的倍数,就不是一组基础的勾股数了
  6. 清晰一点的结论 3600=m×n 如果希望得到基础的勾股数,那么几乎相当于要求m、n互质 如果m、n有公约数4,肯定不行 如果m、n有2之外的公约数,肯定不行
  7. 严谨完整的分析(略)

这又是一份自由而无用的思考

附(三):思路怎么来的?

以下数学知识、底层逻辑、思维能力的积累 是能原生的决这个问题的土壤

  1. 质因数分解
  2. 整数因数分解,因数个数等相关知识
  3. 差大积小
  4. 平方差公式的底层逻辑——平方差、乘积之间建立关联 比如,35×9=(22+13)(22-13) 这里,22=(35+9)/2,13=(35-9)/2
  5. 约束形式的转化,勾股定理得以转化
  6. 原生思考一个问题的兴致和心理建设
  7. 关于平方根的一些理解、体会
  8. 基础的正推、倒推解题思维
  9. … … 这些内容,不是哪一个能直接解决问题 这些内容,综合起来,形成了一个人的综合能力 这些内容,浅浅的了解,用时未必能想到;学习是深入一点,方能“呼之即来”

注: 原生思考,即:不依赖他人提示、不依赖他人结论,依赖普通知识自己独自思考解决

附(四):一些最原始的念头

最初、最原始的念头 窃以为,这是最底层、最基础的能力 然,难以表述 尝试做一些分享(看到这里的朋友,大概有兴趣再多看一些了)

(1)👉倒推聚焦 👉正推发散、👉倒推聚焦,解题常见的起手式。 然,这题着实没啥条件,正推难为,倒推成了不得已的起点。 倒推,推什么? 倒推,要看看:目标是什么样子,大概是什么规模,哪些是关键,哪些不重要…等等 倒推,只要能开始,大抵不难有如下理解:

  1. 勾股数,的确有更多,比如7、24、25,谢出题人不坑之恩
  2. 勾股数,预期也不会特别多。 ——故,适当的借用枚举未尝不可;谢出题人善良 ——作为相反,如果找1000000以内的勾股数,枚举依然有启发价值,但不能是思考的终点。幸好不如此。凭空提升廖幸福感。
  3. 勾股数,能分组:(3,4,5)(6,8,10)(9,12,15)…理论上是不同的勾股数,但它们对应的直角三角形大小不同形状相同,很容易从1个得到其他。我们可以把这些称之为“一簇”,只找到最小的那个即可。有了点干货。 以上,还算轻松;接下来,真刀真枪了一点

(2)👉正推发散、👉※向下思考,向上抽象

  1. 失败的分析,从3、4、5开始,3×3+4×4=5×5,似乎什么也得不到
  2. 从 5、12、13分析,有了一点启发,12、13只差1,这是“特征” 特征即信息
  3. 进一步,5×5=25,勾股定理,想到平方,是应该的
  4. 再进一步,12+13=25
  5. 如此,距离想到平方差只有一步之遥 25=1×25=(13-12)(13+12)
  6. 验证,3、4、5满足
  7. 验证,7、24、25满足

(3)初步结论 以上计算的【底层逻辑】,是: 反之:将平方数拆开,,即可得c和a 这是很小的一小步,却是“思考”中质的变化

  1. 这个【底层逻辑】,从3、4、5的平方差关系中开始思考,加以演绎
  2. 分析→归纳总结→演绎,是很好的结构化系统化学习方法

(4)哪些必须的,哪些是可变的? ——常是深入理解问题的突破口

  1. 以上结论,仅对奇数成立;但实际上:这个限制并不存在
  2. 以上结论中,要求:c-a= 1,c+a=平方数 这里,c-a=1,差=1,是必须的吗? ——未必
  3. 真正需要的是:
  4. 即 有个直角边,长度=15;如何寻找两外两条边长(斜边c、直角边a)呢 参考 数学表达 > 中值表达方式,这里,39是75和3的中值,36是75和3距离中值的差

(5)实质的推理,反而不是最难 当进入 之后的逻辑分析,反而相对轻松,一种进入“正轨”的感觉 … …

以上,(一)(二)(三)(四)(五)每一步都不难 难的是,方向大差不差 难的是,能坚持下来

写在最后

做这类思考,什么意义?

从当下而言,或就是没什么意义,无助于多考几分 从长期把数学学好而言,或这是真正学好数学的唯一路径 至少,是非常好的路径

此抛砖引玉 供一些参考 学习阶段,需要一些重复造轮子 还在上中学的小朋友,自己想过了,才是自己的,也会比我想的更好

早期文字

最初的问题

3、4、5是一组勾股数,即:

类似的勾股数还有那些? ——6、8、10,当然对; ——但,这属于同一家族,即3、4、5的简单的倍数放大

如何找到更多的,类似9、40、41这类,其他勾股数家族?

或许 ——当我们学过 ——当我们乐于、适当善于:不断的分析、归纳总结、演绎 ——或许,有机会漂亮的从某个层面解决这个问题

对勾股数的熟悉,对考试也有很好的直接帮助 同时是数学能力的练习——练习分析能力、归纳总结能力、演绎能力

关键进展

一个感性的示例 一个不完全归纳

更清晰的结论

示例:

  • ,分解不唯一,结果有多个

The end.

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