피타고라스 세 쌍 생성 공식

Formulas for generating Pythagorean triples

유클리드 공식 외에도 피타고라스의 삼쌍둥이 생성하기 위한 많은 다른 공식들이 개발되었다.

유클리드, 피타고라스, 플라톤의 공식

유클리드, 피타고라스, 플라톤의 삼배 계산 공식은 여기서 설명되었다.

아래의 방법은 다양한 출처에 나타나며, 종종 그 출처에 대한 귀속성이 없다.

피보나치의 방법

레오나르도 피사(C.1170년 –에는 1250년)의 원시적 3배가 연속 홀수의를 통하여 생성하는 데 1,3,5,7,9,11, 쭉 펼쳐져{1,3,5,7,9,11,\ldots\displaystyle}이라는 사실과 이 시퀀스의 첫번째 n{n\displaystyle}용어의 합은 n2{\displaystyle n^{2}}. 이 method[1][2]을 묘사했다 나fkm그리고 4.9초 만(는 이 시퀀스의 멤버로,n=(+ 1 ) / 2 {\displaystyle 이다.

이 시퀀스(= 에서 홀수 제곱수 를 선택하고 이 제곱을 시퀀스의 -th번째 항으로 설정하십시오.또한 b b개를 - 1 항의 합으로 하고, 개를 모든 항의 합으로 한다.그러면 는 2 + = 2 }라는 것을 확인했다. 원시적인 삼중 [a, b, c]를 생성했다.이 방법은 무한히 많은 원시적 삼쌍을 만들어내지만 모두 다 그런 것은 아니다.

EXAMPLE: Choose . This odd square number is the fifth term of the sequence, because . The sum of the previous 4 terms is and the sum of all 용어는 = c + = } 원시 삼중 [a, b, c] = [3, 4, 5]

혼합 숫자의 순서

마이클 스티펠은 1544년에 다음과 같은 방법을 발표했다.[3][4]Consider the sequence of mixed numbers with . To calculate a Pythagorean triple, take any term of이 시퀀스를 부적절한 분수로 변환하십시오(혼합 번호 1의 경우 해당 잘못된 분율은 {그 다음 분자와 분모는 직각 삼각형의 면, ba이고, 하이포텐유는 b + 1이다.예를 들면 다음과 같다.

자크 Ozanam[5]1694년에 오빠와 함께},\,\ldots})n+4n+34n+4{\displaystyle a_{n}=n+{\tfrac 비슷한 순서 178,21112,3분에서 1516일 41920,({\displaystyle 1{\tfrac{7}{8}},\,2{\tfrac{11}{12}},\,3{\tfrac{15}{16}},\,4{\tfrac{19}{20} 덧붙였다 Stifel의 시퀀스 republished.{4 이전과 마찬가지로 이 시퀀스에서 트리플을 생성하려면 임의의 용어를 취하여 부적절한 분수로 변환하십시오.그 다음 분자와 분모는 직각 삼각형의 면, b와 a이고, 하이포텐유는 b + 2이다.예를 들면 다음과 같다.

삼각형의 짧은 다리와 b 다리와 그것의 하이포테뉴스를 가진 피타고라스 세 쌍둥이 집단은 c - b = 1, 플라톤 집단은 c - b = 2, 페르마트 집단은 a - b = 1로 정의된다.스티펠 수열은 피타고라스 계열의 모든 원시 삼쌍둥이를 생산하고, 오자남 수열은 플라톤 계열의 모든 원시 삼쌍둥이를 생산한다.페르마트 가문의 세 쌍둥이는 다른 방법으로 찾아야 한다.

딕슨의 방법

레오나드 유진 딕슨(1920)[6]은 피타고라스 삼쌍둥이를 발생시키기 위해 다음과 같은 방법을 스스로에게 돌렸다. + = 2 x = t r 대한 정수 솔루션을 찾으려면 양수 r, s t를 찾으십시오

다음:

여기서 은(는) 짝수 정수이고 st 을 알 수 있다 모든 피타고라스 3배는 이 방법으로 찾을 수 있다.st가 합체할 때, 세 쌍은 원시적일 것이다.J.J. (2013년) 요제프 루카비카에 의해 딕슨의 방법에 대한 간단한 증거가 제시되었다.[7]

예:r = 6을 선택하십시오.그런 = {\.18의 세 가지 요인 쌍은 (1, 18), (2, 9), (3, 6)이다.세 가지 요인 쌍 모두 위의 방정식을 사용하여 세 쌍을 생성한다.

s = 1, t = 18은 x = 6 + 1 = 7, y = 6 + 18 = 24, z = 6 + 1 + 18 = 25이기 때문에 트리플 [7, 24, 25]을 생성한다.
s = 2, t = 9는 x = 6 + 2 = 8, y = 6 + 9 = 15, z = 6 + 2 + 9 = 17이기 때문에 트리플 [8, 15, 17]을 생성한다.
s = 3, t = 6 = 6 x = 3 = 9, y = 6 + 6 = 12, z = 6 + 3 + 6 = 15이기 때문에 (s와 t는 동시 실행이 아니기 때문에 이 3배는 원시적이지 않다.)

일반화 피보나치 수열

방법 I

F1 = 0F2 = 1로 시작하는 피보나치 숫자와 각각의 후속 피보나치 숫자의 경우, (a, b33, c3) = (4, 3, 5)부터 (a, b, c) = (4, 3, 5)까지의 피타고라치 수열을 생성할 수 있다.

4분의 1로

방법 II

피타고라스 삼중수소는 일반화된 피보나치 시퀀스를 사용하는 다음 절차에 의해 두 개의 양의 정수를 사용하여 생성될 수 있다.

초기 양의 정수 h n hn+1 경우, hn + hn+1 = hn+2hn+1n+2 + h = hn+3 경우

피타고라스의 3중주곡이다.[8]

방법 III

다음은 일반화된 피보나치 시퀀스로 원시적 삼쌍을 생성하기 위한 매트릭스 기반 접근법이다.[9]2 × 2 배열로 시작하여 상단 행에 두 개의 복사 정수(q,q')를 삽입한다.짝수 정수(있는 경우)를 왼쪽 열에 배치하십시오.

이제 아래 행의 항목을 가져오려면 다음 "Fibonacci 규칙"을 적용하십시오.

그러한 배열을 "피보나치 상자"라고 부를 수도 있다.q', q, p, p'는 일반화된 피보나치 수열이라는 점에 유의한다.기둥, 행, 대각선 제품을 취하면 우리는 삼각형의 면[a, b, c], 면적의 A, 둘레 P, 그리고 그 근방의 radi ri 3개의 구획을 다음과 같이 얻는다.

급성 각도의 반각 접선은 q/pq'/p'이다.

예:

9와 2의 콤프리미엄 정수 사용.

기둥, 행, 대각선 제품은 다음과 같다: (열: 22 및 117) (열: 18 및 143) (직경: 26 및 99)

급성 각도의 반각 접선은 2/11과 9/13이다.선택한 정수 q, q'동일하지 않을 경우, 동일한 절차가 비원격 3배로 이어진다는 점에 유의하십시오.

피타고라스 3배와 데카르트의 원 방정식

원시 피타고라스 삼쌍을 생성하는 이 방법은 데카르트의 방정식에 정수 해법도 제공한다.[9]

여기서 각 반지름의 역수를 면적 A에 곱하여 정수 곡선 ki 구한다.결과는 k1 = pp', k2 = qp', k3 = qp, k = qq4'이다.여기서 가장 큰 원은 나머지 세 개의 원과 관련하여 음의 곡률을 갖는 것으로 간주된다.가장 큰 원(곡선 k4)은 양의 곡률(k0 = 4pp' - qq')을 가진 작은 원으로도 대체할 수 있다.

예:

원시적 삼중수소에 대해 위에서 얻은 면적과 4개의 반지름을 사용하여 데카르트의 방정식에 대한 다음과 같은 정수 용액을 얻는다: k1 = 1432, k = 99, k3 = 26, k4 = (-18), k0 = 554.

삼나무: 모든 원시 피타고라스 삼쌍생성

각각의 원시 피타고라스 세 쌍은 피보나치 박스에 특이하게 해당한다.반대로, 각각의 피보나치 상자는 독특하고 원시적인 피타고라스 3배에 해당한다.이 절에서 우리는 피보나치 박스를 그것이 나타내는 원시적인 삼중수소 대신에 사용할 것이다.모든 원시 피타고라스 삼쌍/피보나치 박스를 포함하는 무한 3년생 트리는 다음과 같은 절차에 의해 구성될 수 있다.[10]

오른쪽 열에 두 개의 홀수, 짝수 정수 xy가 들어 있는 피보나치 상자를 고려하십시오.

이러한 정수를 다음과 같이 배치할 수도 있다.

그 결과 xy가 들어 있는 유효 피보나치상자 3개가 더 나왔다.우리는 첫 번째 박스를 다음 세 명의 "부모"로 생각할지도 모른다.예를 들어, x = 1 및 y = 3인 경우:

더욱이 각 "자식"은 그 자체로 동일한 절차에 의해 얻을 수 있는 세 자녀 이상의 부모다.각 노드에서 이 프로세스를 계속하면 가능한 모든 피보나치 박스를 포함하는 무한 3차 트리, 또는 동등하게 모든 가능한 원시 3쌍을 포함하는 3차 트리까지 이어진다.(여기 보이는 나무는 1934년 베르그렌이 묘사한 고전 나무와 구별되며, 숫자-이론적 특성이 많이 다르다.)비교: "클래식 트리"[11]원시 피타고라스 삼쌍둥이의 나무도 참조하십시오.[12]

2차 방정식을 사용하여 3중 생성

피타고라스의 각 다리를 계산하기 위한 2차 방정식을 정의하는 방법에는 여러 가지가 있다.[13]간단한 방법은 각 mn 쌍에 변수 x를 추가하여 표준 유클리드 방정식을 수정하는 것이다.m, n쌍은 상수로 취급되는 반면 x의 값은 변화하여 선택된 3배를 기준으로 삼중의 "패밀리"를 산출한다.임의 계수는 m 또는 n의 "x" 값 앞에 배치될 수 있으며, 이로 인해 결과 방정식이 3배수를 통해 체계적으로 "스킵"하게 된다.예를 들어, m = 5와 n = 2의 값을 갖는 유클리드 방정식에서 계산할 수 있는 삼중수소[20, 21, 29]를 고려한다.또한, "m" 용어의 "x" 앞에 4의 계수를 임의로 넣는다.

=( + m) (를)하고n =( x+ n ) {\n_}=(x을(를) 두십시오.

따라서 mn의 값을 대체한다.

원래의 삼중수소는 각 2차 방정식의 상수 항으로 구성된다.아래는 이러한 방정식의 표본 출력이다.이러한 방정식의 효과는 유클리드 방정식의 "m" 값이 4단계에서 증가하는 반면, "n" 값은 1씩 증가하는 것을 유발한다는 점에 유의한다.

x A의 편을 들다 b 옆면 c m n
0 20 21 29 5 2
1 54 72 90 9 3
2 104 153 185 13 4
3 170 264 314 17 5
4 252 405 477 21 6

반각 접선을 사용하여 모든 원시 피타고라스 삼쌍 생성

피타고라스 삼각형의 모든 내부 각도의 절반은 양의 이성적인 숫자인 접선을 가지고 있다.다른 방향으로 가면 원시 피타고라스 3중주를 반각 접선에서 재구성할 수 있다.길이 a의 반대편에 있는 내부 각도 A에 대해 태닝(A / 2)하려면 (0, 1)의 양수적 합리적 숫자가 되려면 r을 선택하십시오.접선 반각 공식을 사용하여 α = sin(A) = 2r / (1 + r2)β = cos(A) = (12 - r) / (1 + r2) 모두 합리적이고 α2 + β2 = 1. αβ의 분모를 지우는 최소 정수로 곱하면 원래의 피타고라스 삼중으로 회복된다.< b>를 원하는 경우 r을 22 - 1 미만으로 선택해야 한다는 점에 유의한다.

행렬과 선형 변환을 사용하여 피타고라스의 3배

[a, b, c]괴짜를 가진 원시적인 세 쌍이 되게 하라.그런 다음 매트릭스 곱셈과 버그렌의 세[11] 가지 매트릭스 A, B, C사용하여3 [a123, b1, c]에서 3개의 새로운 삼쌍[a12, b, c23]을 생성할 수 있다.트리플[a, b, c]은 세 개의 새로운 트리플(아이들)의 부모라고 불린다.아이 하나하나가 그 자체로 3자녀의 부모, 등등이다.만일 한 가지가 원시적인 세 쌍[3, 4, 5]으로 시작된다면, 결국 모든 원시적인 세 쌍은 이들 행렬의 적용에 의해 생산될 것이다.결과는 루트 노드에 [a, b, c]가 있는 무한 3차 트리로 그래픽으로 나타낼 수 있다.버그렌의 세 가지 선형 변환을 사용하여 동등한 결과를 얻을 수 있다.

Bergren의 세 가지 선형 변환은 다음과 같다.

또는 가격이 발견한 3가지 다른 매트릭스를 사용할 수도 있다.[10]이러한 행렬 A', B', C'와 그에 상응하는 선형 변환은 다음과 같다.

프라이스의 세 가지 선형 변환은

두 행렬의 각각에 의해 생산되는 세 아이는 같지 않지만, 각각의 집합은 모든 원시적인 삼쌍을 따로 생산한다.

예를 들어, [5, 12, 13]을 부모로 사용하여 세 자녀 중 두 세트를 얻는다.

제곱합에 비례하는 면적

+ = c (와) 홀수가 있는 모든 원시 삼쌍은 다음과 같이 생성할 수 있다.[14]

피타고라스의 삼배 반지름계 면적 근친 반지름 원주 반지름
1
2
3

높이과잉 열거 정리

웨이드와 웨이드는[15] 먼저 3,4,5에서 5,12,13, 7,24,25 등을 연결하는 c - b로 정의된 피타고라스 3쌍의 키를 기준으로 분류하는 것을 소개했다.

McCullough와 Wade는[16] 이 접근법을 확장했는데, 접근법은 > h d: h{\dpq2 양의 정수 h를 pq로 작성한다.p가 홀수일 경우 d = 2pq, 짝수경우 d=pq를 설정한다.모든 쌍(h, k)의 양의 정수에 대해 3배는 다음과 같이 주어진다.

원시 삼쌍은 gcd(k, h)가 1이고 h=q2 q 홀수 또는 h=2q일2 때 발생한다.

참조

  1. ^ 피보나치, 레오나르도 피사노, (1225), 리베르 쿼드레이터럼.
  2. ^ 피보나치, 레오나르도 피사노.정사각형 책(Liber Quadratorum) L. E. Sigler에 의해 현대 영어주석을 단 번역. (1987) Orlando, FL: Academic Press. ISBN978-0-12-643130-8
  3. ^ 스텐펠, 마이클, (1544), 산티아카 인트그레이.
  4. ^ Ozanam, Jacques (1814). "Recreations in Mathematics and Natural Philosophy". 1. G. Kearsley: 49. Retrieved 2009-11-19. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  5. ^ 오자남, 자크, (1844년).과학과 자연철학: 닥터런던 토머스 테그 에드워드 리들(Edward Liddle)이 수정한 몬투클라의 오자남 판 번역본.온라인 읽기-코넬 대학교
  6. ^ 딕슨, L. E. (1920), 숫자 이론의 역사, Vol.II. Diophantine Analysis, Carnegie Institute of Washington, 출판물 번호 256, 12+803pp 온라인 읽기 - 토론토 대학교
  7. ^ 루카비카, J. (2013), 딕슨의 피타고라스 삼쌍생성법 재방문, 유럽 순수·응용 수학 ISSN 1307-5543, 제6권, 제3권(2013) 페이지 363-364, 온라인1 온라인2
  8. ^ A.F. 호라담, "피보나치 숫자 3배", 미국 수학 월간 68, 1961, 751-753.
  9. ^ a b Bernhart, Frank R.; Price, H. Lee (2005). "Heron's formula, Descartes circles, and Pythagorean triangles". arXiv:math/0701624v1.
  10. ^ a b Price, H. Lee (2008). "The Pythagorean Tree: A New Species". arXiv:0809.4324 [math.HO].
  11. ^ a b Berggren, B. (1934). "Pytagoreiska trianglar". Tidskrift för elementär matematik, fysik och kemi (in Swedish). 17: 129–139.
  12. ^ Carvalho, Alda; Pereira dos Santos, Carlos (2012). "A very useful Pythagorean tree". In Silva, Jorge Nuno (ed.). Proceedings of the recreational mathematics colloquium II, University of Évora, Portugal, April 27–30, 2011. Lisboa: Associação Ludus. pp. 3–15. ISBN 9789899734623.
  13. ^ J. L. 시인과 D.L. 베스탈 주니어(2005년)."잘못 복사된 2중주의, "대학 수학 저널 36, 273–277"
  14. ^ 바비바우, 에드워드, 파워 플레이, 미국 수학 협회, 1997, 페이지 51, 항목 3.
  15. ^ Wade, Peter, Wade, Wade, William, College Mathematics Journal 2000년 3월 31일 98-101의 "피투아고레아의 삼쌍둥이를 생산하는 회수".
  16. ^ 매컬러, 대릴, 웨이드, 엘리자베스, "피타고라스 삼쌍의 반복 열거" 2003년 3월 대학 수학 저널 34, 107-111년 3월.