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数学女孩2:费马大定理 作者:结城浩 近现代)

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8.2 泰朵拉的三角形

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“嗯?什么意思?”

此时,

“好。”泰朵拉笑了笑。

去分母,两边同时除以g2,可得到下式。

我们并肩走在回家的路上,穿过住宅区曲曲折折的小路。

听到瑞谷老师的声音,我才恍然大悟地抬起头。

直角三角形……也就是说,三边边长应该能构成勾股数。用变量表示三边边长,再研究它们的条件就能解开了吧?

泰朵拉一边说着,一边摆出拳击的架势左右挥着拳头。

要证明的命题的否定如下,我们假定其成立。

好的,继续计算。

因为 (A,B,C) 是基本勾股数,所以AB中有一方为偶数。也就是说是自然数。因此d2 是g2 的倍数,即dg的倍数。所以,存在自然数D满足d=gD,代入公式。

章节插图

好,那么来挑战一下,看能不能证明

“就是那个‘用mn创造基本勾股数’的方法啊!我想用‘基本勾股数的一般形式’来考虑。”

“啊,原来如此,还有这种方法啊。”

章节插图

“存在三边皆为自然数,面积为平方数的直角三角形吗?”

因为g代表了ab的所有质因数,所以AB已经没有共同的质因数了。也就是说,AB互质(AB)。

8.2.1 图书室

a=gA,b=gB,ABAB“互质”)

“所以啊!我一直在努力挑战这次的问题,用那个毕达哥拉·榨汁机。”

“没错。又是三角形的问题呢。”

“不存在三边皆为自然数,面积为平方数的直角三角形。”

也就是说,c2 是g2 的倍数。这样一来,c就是g的倍数,那么就存在满足下式的整数C

天色已经暗了,在钻研数学的过程中,我忘记了时间的流逝,生活在如梦境般的另一个世界之中。会意识到这点,是因为我已经回到了往常的世界。这边的世界 —— 有我,有泰朵拉,有米尔嘉……

反证法的假设:“存在三边皆为自然数,面积为平方数的直角三角形。”

“啊,学长!刚刚米尔嘉学姐也来了一下,不过说是要跟盈盈学姐练习,就回去了。”

“没什么,总觉得该谢谢你,嗯。”

“放学时间到了!”

原来如此……的确面积无法构成平方数。不过我只研究了 5 组,还不能断言“绝对无法构成平方数”。未经证明的话只不过是猜想而已。

首先是“直角三角形”。假设三边边长为自然数a,b,cc为斜边边长,然后由勾股定理得到

这个等式可以表达“直角三角形”的概念。

30 也不是平方数,喔?

接下来,把命题里的重点用数学公式表达出来。

“我怎么这么……手忙脚乱呢……”泰朵拉说道,“只要出现一个数学公式,我脑袋就被塞满了,条件都不知道飞到哪儿去了……”

泰朵拉站在我面前。

“来得真早啊。”

章节插图

这样啊,确实,只要使用基本勾股数的一般形式,就能用A,B,C表示mn。从这里开始研究的话,能不能引出矛盾呢?

直角三角形的面积章节插图

问题8-2 (问题 8-1 的另一个说法)

存在满足以下式子的自然数A,B,C,D吗?

章节插图

AB表示的是AB互质)

代入a=gA,b=gB

那再看看别的例子吧。研究一下 (a,b,c) = (5, 12, 13) 的情况。

“我正在举实际例子来验证自己的理解呢!所以麻烦学长不要说话!”泰朵拉把食指放在嘴唇上,做了一个‘嘘’的手势。我不由得心跳了一下。

“学长?”

至此可以说是一路笔直地踏实前行。下面应该走哪边好呢……

假设三边边长分别为a,b,cc为斜边边长),研究一下典型的勾股数吧!

嗯。这次 在‘面积是平方数’的条件里代入A,B来研究吧。感觉找到状态了……设d为某个自然数,写成下面这种形式就可以用数学公式表达“面积是平方数”的概念了。

“该回去了吧?”

“嗯,回去吧。谢谢你,泰朵拉。”

“对对!学长和米尔嘉学姐都能轻轻松松地写出定义方程式。‘设章节插图’啊‘定义章节插图’什么的……我最不擅长这个了。”

嗯,进行得很顺利嘛。

c=gC

要证明的命题:“不存在三边皆为自然数,面积为平方数的直角三角形。”

“这主意不错啊。”

我像往常一样迈进图书室,这时泰朵拉已经开始学习了。她一个人在笔记本上热衷地写着什么。

“虽然定义方程式中变量会增加,不过之后的式子变形会很有趣哦。”

“诶?谢什么啊?”

“啊,学长你也在想吗?我也不会输的哦!”

因为我想以尽可能简单的形式逐步思考,所以我将a,b设为两个互质的数字。想得到互质的话,只要除以ab的最大公约数就好。把ab的最大公约数设为g,就存在以下自然数A,B

“这么说来,之前你也说过变量一多就感觉难了呢。”

因为不存在平方后得 6 的整数,所以 6 不是平方数。原来如此!

“那,我在那边算自己的。等会儿咱们一起回去。”

“已经想了很久了吗?感觉能解开吗?”我问道。

章节插图
章节插图

至此,就创造出了一个带有附加条件的新问题,条件就是给出的数字之间互质。这个问题是泰朵拉手中卡片的另一个说法。

章节插图

a=gA,b=gB代入到勾股定理里试试。

泰朵拉一会儿双拳按头,一会儿双手抱头。

在这之后的一周,周五放学后。

8.2.2 曲曲折折的小路

章节插图
章节插图

我看着泰朵拉,沉默地注视了一会儿,她脸颊微红,歪着头问我。

ABA2 +B2 =C2,即可推导出BC,CA。这样就可以导入三个两两互质的数字A,B,C来替换a ,b,c。(A,B,C) 是基本勾股数。

“你现在做的是村木老师出的问题?”

章节插图

我在表上试着总结了几个勾股数。

问题8-1

存在三边皆为自然数,面积为平方数的直角三角形吗?

不过,还是没能发现关键的矛盾所在。

a2 +b2 =c2

我原本打算继续算有限域章节插图,但不由得被刚刚泰朵拉的问题牵住了心思。

整体证明的思路,还是用反证法吧。假定存在一个面积为平方数的直角三角形,然后推导出矛盾。感觉这样会更清楚一些。

不过还是先举个实例来验证自己的理解吧。——“示例是理解的试金石”。

“学长?”

直角三角形的面积章节插图

(a,b,c) = (3, 4, 5)

计算得

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