#数学趣题#
一次奇妙的数学之旅

丢番图方程(a^2+b^2)(c^2+d^2)=n^2求解
yuange

一、问题
丢番图方程(a^2+b^2)(c^2+d^2)=n^2 (1)的正整数解。
因为齐次,可以只考虑(a,b)*(c,d)=1。

(1)可以等效转化成(1+A^2)(1+B^2)=C^2 (2)的有理数解。

(2)再变化一下(1+A^2)^0.5/(1+B^2)^0.5=m

(1+a^2)^0.5/(1+b^2)^0.5=m (3)
a、b、m的有理数解。

(3)的形式想到了什么?

过原点位于第一象限斜率为a、b的两条直线,其角平分线斜率为k。做直线x=1,由角平分线得到:
(1+a^2)^0.5/(1+b^2)^0.5=m=(a-k)/(k-b)

k=b+(a-b)/(m+1)
k、m同为有理数或者无理数。巧妙的把根号去掉了,成了多项式了。

用三角函数得到:
tanx=a
tan(x+y)=k
tan(x+2y)=b
b>=k>=a>0

b=tan((x+y)+(x+y-x))
=(k+(k-a)/(1+ka))/(1-k*(k-a)/(1+ka))

b=(2k-a+ak^2)/(1+2ka-k^2) (4)

(a+b)k^2+(2-2ab)k-(a+b)=0

a=tan((x+y)+(x+y-(x+2y)))
a、b是对称的,(4)中a、b可以互换。

(3)和(4)等价,任意给定a、k就能确定b了。

(4)可以简单的看出,k=2a是一个a、b的正整数解,可以进一步得到其它正整数解。

a=A/X,(A,X)=1
k=K/Y,(K,Y)=1

b=(2k-a+ak^2)/(1+2ka-k^2)

=(2KXY-AY^2+AK^2)/(XY^2+2KAY-K^2X)

b=(A(K^2-Y^2)+2XKY)/(2AKY-X(K^2-Y^2))
=c/d

(A^2+X^2)((A(K^2-Y^2)+2XKY)^2+(2AKY-X(K^2-Y^2))^2)

(A^2+X^2)((A*(K^2-Y^2)+2X*K*Y)^2+(2A*K*Y-X*(K^2-Y^2))^2)
=(A^2+X^2)^2*(Y^2+K^2)^2

(A^2+X^2)*(c^2+d^2)*m^2=n^2
c^2+d^2=(a(K^2-Y^2)+2bKY)^2+(2aKY-b(K^2-Y^2))^2
A,X,K,Y,4个自由度。

二、有趣的正整数解
考虑(1+a^2)(1+b^2)=c^2 (2)的正整数解。

b=(2k-a+ak^2)/(1+2ka-k^2) (4)

(4)可以简单的看出,k=2a是一个a、b的正整数解,可以进一步得到其它正整数解。研究后发现有一个递推多项式都满足。

多项式数列f(n,x)
f(1,x)=x
f(2,x)=4x^3+3x
f(n+1,x)=(4x^2+2)*f(n,x)-f(n-1,x) (5)

f(3,x)=16x^5+20x^3+5x
f(4,x)=64x^7+112x^5+56x^3+7x
f(5,x)=256x^9+576x^7+432x^5+120x^3+9x

x为任意正整数,任意f(n,x)就是(2)中a、b的一个解。

相同项(k=a=b)或者相邻项可以得到a、b、k的正整数解。

f(n,a)
=1/2*((1+a^2)^0.5-a)*(2*a^2+1+2*a*(1+a^2)^0.5)^n
-1/2*((1+a^2)^0.5+a)*(2*a^2+1-2*a*(1+a^2)^0.5)^n (6)

=1/2*(1+a^2)^0.5*((2*a^2+1+2*a*(1+a^2)^0.5)^n-(2*a^2+1-2*a*(1+a^2)^0.5)^n)-1/2*a*((2*a^2+1+2*a*(1+a^2)^0.5)^n+(2*a^2+1-2*a*(1+a^2)^0.5)^n)

1,7,41,239,1393,8119,47321,275807,1607521,… 2,38,682,12238,219602,… 3,117,4443,168717,6406803,… 4,268,17684,1166876,… 5,515,52525,5457035,… 6,882,128766,18798954,… 7,1393,275807,54608393,…
上面分别是a=1-7的结果,一行里相邻两个数为斜率过原点的直线,角平分线斜率也为整数。
如果a是f(n,b)的一个值,其整个f(n,a)就是f(n,b)的一个子序列。

三、再扩展

(a^2+b^2)=n^2*m (7)
1+a^2=n^2*m (8)

m不是完全平方数,否则方程太平凡。

对于素数p,a^2+b^2=c^2*p (9)
费马定理,p=4k+3无解,否则有c=1的解。

(a^2+b^2)*p1*(c^2+d^2)*p2=((ac+bd)^2+(ad-bc)^2)*(p1*p2)

所以m有4k+3的的1次质因子(7)就无解,否则有解。

(8)是(7)的一个子集,看看有什么结果。

1+a^2=n^2*m (8)变换一下就是a^2-m*n^2=-1就是著名的pell方程二型。m^0.5是奇偶连分数对应无解和有解,解的通用表达式也都有了。
还和著名的丢番图数论pell方程发生了联系,这方程涌现了费马、拉格朗日、欧拉等一帮大牛人。
(9)也可以看成a^2-d*b^2=c(10) 广义pell方程特殊形式。
(8)二型pell方程可以说是所有的pell方程(10)的最本原问题,因为(-1)^2=1,所以如果得到二型的解,两个二型乘积一下就能得到一型,再变换就可以得到广义的解。但有些d是偶连分数,只能得到1而不能得到-1。

(1+a^2)(1+b^2)=n^2 (2)也是pell方程相关,独立得到了二类pell方程(8)通解形式的解。

(5)、(6)这个f(n,a)实际上给出了所有二型pell方程的通解,以及递推形式。

pell方程比较有意思,对数论有兴趣的可以去看看,这个已经完全解决了,这里就不再展开讲了。对数论有兴趣的还可以去看看连分数。连分数对于数的分数逼近具有最佳的效果,以及数论同余简直太重要了,有幸初中接触了一本薄薄的《连分数》,不记得谁写的了,那时候真的是觉得太神奇了。祖冲之得到圆周率Pi的一些近似数值,要用有理的分数表示就可以用连分数来算。
连分数的相邻项积的差值+-1交替出现,这个+-1就是整数的基础,所以很多结果都和它有关。因为是交替出现,所以很多时候也有奇偶问题,对于有些情况比如pell方程的二型的有些m本原就是1,得不到-1就无解。

连分数的介绍:
https://t.cn/RiLQxCL连分数/2715871

四、问题缘由
问题来源于求一道角平分线斜率的题,两条整数斜率的直线发现角平分线不是整数,于是研究什么情况三条线斜率都是整数。竟然发现奇妙的和常见的一个pell丢番图方程是一个问题。
这个扩展也算实现了数学世界里的一次奇妙旅行,走了费马、欧拉等大牛数学家的一次旅游路线。

到了这里,终于算是可以结题了。[微笑]

#石上生活种草官种草专区[超话]#

https://t.cn/A6irwv6k

想到、知道、做到,三‮之者‬间存在鸿沟。

一个‮法想‬如果放‮那在‬里不去践行,随‮时着‬间的流逝,它‮变会‬得没‮那有‬么有‮引吸‬力。

相反,如‮你果‬有一个想法,虽‮现然‬在还不成熟、自‮的己‬能力‮不也‬够,但就是‮意愿‬先做‮来起‬再说。今天做一点点、明天做一点点,最‮日终‬积月累,结‮会果‬比想‮中象‬好得多得多!

成‮的长‬定义很简单,就‮想是‬到以后做到。“人‮践至‬则无敌”,没‮什有‬么比践‮更行‬重要的了。

命是注定的,运是可以改变的,多行善,多积阴德。有缘人看见希望改变命运这里开始一、立命之学
第一篇立命之学主要讲述作者自己的故事。袁了凡自幼丧父,母亲命他学医。后来,他在慈云寺遇到一老者,自称孔先生(根据云南县志,此人是著名易学家杨向春,化名孔先生,曾著《皇极经世心易发微》一书),精通皇极数预测未来,说他有当官的命,孔先生告诉袁了凡他某年应当考第几名,某年当廪生,某年当贡生,贡后某年当选为县长,在任三年半就应该告退回乡,在五十三岁八月十四巳丑时,寿终在家里。把他什么时候考取功名,能考第几名,什么时候当官,什么时候寿尽,有没有孩子等都作了预测。一开始袁了凡不太相信,巧合的是,此后的二十年,袁了凡的人生真的按照这位老者所算定的模式进行着,连考第几名等每一次都十分精确地应验了,这让他笃信了宿命论,认为“荣辱生死,皆有定数”,从此没有了上进之心。直到他遇到云谷禅师,二人“对坐一室”,彻夜而谈,终使了凡醒悟,懂得了“命由我作,福自己求”的道理,知道了如何可以改变命运,他说:“吾于是而知,凡称祸福自己求之者,乃圣贤之言;若谓祸福惟天所命,则世俗之论矣。”也就是说,道德仁义自己可以力求,功名富贵也可以自己求得,要发挥人的主观能动性,相信人的命运掌握在自己的手中,而不是听命于天,听命于他人。从此,袁了凡的人生信念发生了根本改变,从笃信宿命论转到信仰命由我造、福善祸淫的人生观。他以自己的人生经历告诫我们,人的命运是可以改变的,其关键在于多做善事积累福报,在于自身的修为,要多做善事,消除恶念。这就是《立命篇》的主要内容。于是袁了凡开始积极改过向善,积累善业,许愿做三千件善事改命,次年礼部考科举,孔先生预算的应该得第三,忽然考中第一,预测开始不应验。但袁了凡仍觉自己有很多做得不足的地方,经过十余年,这三千善行才算完成。袁了凡一直没有子女,就继续发起求子的愿,也许愿行三千善事,辛巳年就生下了儿子天启。再发求中进士的愿,许行善事一万条。于丙戌年再次遂愿,中了进士,授宝砥县长。原本孔先生所算定的一生,在努力行善改命后,完全改变了,连寿命也延长至七十四岁而终。
许下做一万件善事的时候,袁了凡的妻子见到袁了凡所做的善事不多,就皱着眉头说:“以前我在家里帮助做善事,所以三千之数得以完成。现在许下了一万善,可是衙门里无事可做,到什么时候才能完成呢?”夜间就做了一个梦,梦见一个神人。袁了凡告诉他善事难以完成的缘故。神人说:“只减粮一节,一万善事都已经圆满了。”事情是这样的:原来宝砥的田,每亩应纳粮二分三厘七毫,袁了凡把它减至一分四厘七毫,使上万的人民减轻了负担。虽然神人这样告诉我,但我自己的心里还有此疑惑。恰遇幻余弹师从五台山来,我便把这梦告诉他,并问这个梦可以相信吗? 禅师说:“只要发心真切,那么,一件事就可以抵得上一万件的善事,何况全县减粮,万民受惠呢?”二、改过之法
第二篇讲改过自己的办法,袁了凡认为改过自己要发三心:即惭愧心、畏惧心、勇猛心。惭愧心、畏惧心可以使自己认识到错误,有充足的动力进行改正。勇猛心是指虽然很多人知道道理,但是得过且过,或严重拖延,没有真正实行,而勇猛心正是改过、改命的关键,只有知道道理后勇猛实干才能真正获得益处。并且讲了改过的道理,有从事上改的,有从理上改的,更有从起心动念处除净的。如果没有从理、从心,只是从事的表面强戒不好的事情,但病根还在,东灭西生。故袁了凡认为改过更应该从理、从心。从事改过只是治标不治本,但是急需治标的时候仍可使用。
三、积善之方
第三篇讲积善的办法,讲述了十余个因为积善而获得好报的故事,有讲述其实善恶并非我们想象的那么简单,善事要分为“端曲、阴阳、是非、偏正、半满、大小、难易”这七个方面,里面有引用几个经典故事。如引用了孔子的故事,子路救人拿了赏赐,孔子说子路做得对;而子贡赎人,没有要赏赐,孔子说做得不对,因为现行虽善,而其流风足以害入,那是似善而实非善。现在所做的虽似不善,而其流风足以济人,则其实却是善的。里面亦列举了十条可以行善的门类并作了相应解释:第一、与人为善。第二、爱敬存心。第三、成人之美。第四、劝人为善;第五、救人危急。第六、兴建大利。第七、舍财作福。第八、护持佛法。第九、敬重师长。第十、爱惜物命。
四、谦德之效
第四篇谦德之效主要讲谦虚这项美德的效用,正所谓“满招损,谦受益”,讲述了“天道亏盈而益谦”的道理。并解释道如果一个人有福气,将要成功,就会自然而然有一股谦和吉祥之气外露,里面讲述了数个故事来证明。最后总结了整本书的内容,说明了改命要立志而行,命自我立,有了志向而努力,自然可以改变命运。书中名句:“有志于功名者,必得功名;有志于富贵者,必得富贵。人之有志,如树之有根,立定此志,须念念谦虚,尘尘方便,自然感动天地,而造福由我。


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 条纹衬衣这几年一直是各大博主的宠爱尤其是高支棉,以它挺括、舒适、好搭配、好打理赢得人心这款中长款哈廓形高妹可以直接束腰,裤子半裙随意象我这样的哈比星人,可以配个
  • 《命理微言》后卷 论格法取用   化气四格,用神专对化神看喜忌取用。   二德归垣格,最喜用财,忌官煞及刑冲,冲空无害。   魁罡,并忌用财,日德不忌,忌魁罡之
  • 人生首马甚是期待跑步一年有余虽然也只是偶尔跑跑但挺喜欢跑步时放空一切的感觉用一个半马记录一下 下一阶段要更加努力晚上躺酒店床上睡不着偶然翻到几年前和朋友的一张
  • 小晨还和我分享班级的事情,我喜欢他的分享。青年人欢呼庆祝,不止是因为这支中国战队夺得了冠军,更重要的是在他们身上体现了青年人所追求的那种愈挫愈勇、绝不服输的闯劲
  • 3、好心境是自己创造的我们常常无法去改变别人的看法,能改变的恰恰只有我们自己。30. 即使你不在我的身边,但是,只要想起你,我觉得我的世界变得格外的温柔1、庸人
  • 当一个人有迫切心理的时候就会感到焦虑,尤其是在挽回的时候,他怕自己不快点挽回成功,对方就和别人跑了。所以,你不但满足不了对方的需求,还会给他的心上留下很深的阴影
  • 那么冷漠 一生都与我们若即若离 又让人去幻想和追求 有时我常常想,直到如今 星星不过是星星,你承认它 高高在上,冥冥之中 有种力量或什么寂静的知识—— 而这些都
  • #每日一善[超话]##阳光信用##阳光信用##TARA将回归#长久互 [心]每天都会做数据,欢迎找我互动[心] [兔子]️指路hui[兔子] 下午 四点后不
  • 03金印来历猜想而这个“賨邑侯”在《三国志·武帝纪》中曾经明确地指出是一个叫作“杜濩”的人。小小金印上的六个字,附载三条重要信息:一是“賨人”的历史就在无误,而
  • 但是在鱿鱼币崩盘之前,BBC就已经有报道,有多名投资者无法出售他们持有的鱿鱼币,显示投资鱿鱼币可能有问题。当时有许多购买鱿鱼币的买家表示没办法出售鱿鱼币,加密货
  • 攀一是?个非常良善?的人,也非常喜帮欢?助别人,每一去次?做生意,他都会准备给牛?跟他一起随的行?人。他从吝不?啬将自己的好分运?享给他人,因此希瓦被利?公认是
  •   从发行情况看,市场反响热烈,国际组织、各国央行,以及主权基金、长期养老基金、商业银行、保险公司等机构投资者踊跃认购,认购倍数约4.3倍。12年期债券选择在香
  • 路里背叛了他,时隔14年相见的父亲死在了他的面前……裘文东彻底绝望了!当马场主人要把“闪电”送走的时候,wisher出现了,他本想利用wisher拯救“闪电”却
  • 索耐德这款无极支架采用高强度铝合金,使用了uv工艺,相当有质感,摸起来也特别舒服,用到现在仍旧光亮如新,边角做了防割处理,并不会因为是金属的就会割伤手,真的贴
  • 不要质疑你的付出,这些都会是一种积累一种铺垫,每个能在平静生活中过出趣味的人,都是一个非常强大又自信的人。总是看到比自己优秀的人,说明你还不够努力。
  • “我想,没有人不爱厦门。厦门的海、厦门的风总让人念念不忘,坐着轮渡上班,阳光像碎金般洒在海面,“今天的海太好看了,迟到就迟到吧”。
  • 这说明伽倻人跨越西海(黄海)与中国南朝展开国际交流活动,引发了历史学界的关注。韩国文化遗产厅和庆南咸安郡11日表示,近日在古阿罗伽倻统治阶层的墓葬——咸安末伊山
  • 小记|本追星女的一点心路历程去年年底那会我真的蛮怂的,怂到只敢一个人默默等着你,卸载了手机微博大概两个多月,少了好多好多信息,每天就在网页版首页看看你上下班。有
  • 对刚需来说,秒懂郑州楼市认为,不用等待,除了新房之外,一些位置比较好的二手房也是不错的选择。在郑州买房,最核心的还是买地段和区域。
  • 3、眼部破相       人面部有十二宫,眼皮的位置叫做田宅宫,反映一个人的家宅财产、健康和人缘方面的运势。如果鼻子长期有痘消不下去,或者受伤留疤、斑的话,则说