實際上,根據我下面所說的,之前發表的定理1,也就是,
1. 包含有兩個質數的勾股數,必然符合a^2=b+c,且a,c為質數,其中a<b<c(見證明的最後一段)。
可以更簡單地證明問題說明中的第一個猜想,也就是,
除了3,4,5之外,不存在包含孿生質數的勾股數。
證明: 由上述定理1,若存在包含孿生質數的勾股數,則a^2=b+c,且a,c為質數。由孿生質數定義,c=a+2。又由於a<b<c,b=a+1。由此可得,a^2=a+1+a+2,a=3或a=-1。所以滿足條件的勾股數只有3,4,5。
____________________________
1. 包含有兩個質數的勾股數,必然符合a^2=b+c。
2. 對勾股數a,b,c, 使得a^2=b+c成立的充要條件(通式)是a=2k+1, b=2k^2+2k, c=2k^2+2k+1。
第2條非常好證,就不寫了。第1條小時候證過,這裡直接貼了。
再寫下第二條的證明:
2. 對任何整數n,可以找到整數a,b,c,使得n=a^2+b^2+c^3
證明:若n為奇數,設n=2k+1(k為整數),則透過配方法:
n=2k+1=2k^3-4k^2+2k-2k^3+4k^2+1
=2k(k^2-2k+1)+((k^3-2k^2-1)+(k^3-2k^2))*(( (k^3-2k^2-1)-(k^3-2k^2))
=2k(k-1)^2+(k^3-2k^2-1)^2-(k^3-2k^2)^2
=2k((k-1)^2-(k^2-2k)^2)+2k(k^2-2k)^2+(k^3-2k^2-1)^2-k^2 (k^2-2k)^2
=2k(k-1+k^2-2k)*(k-1-k^2+2k)+(k^2-2k)^2*(2k-k^2)+(k^3-2k^2-1)^2
=2k(k^2-k-1)(-k^2+3k-1)+(k^3-2k^2-1)^2+(2k-k^2)^3
=-2(k^2-k-1)(k^3-3k^2+k) +(k^3-2k^2-1)^2+(2k-k^2)^3
=-2(k^2-k-1)(k^3-3k^2+k) +((k^3-3k^2+k)-(k^2-k-1))^2+(2k-k^2)^3
=(k^3-3k^2+k)^2+(k^2-k-1)^2+(2k-k^2)^3
上述顯然符合a^2+b^2+c^3。
若n為偶數,類似地,
4k+2=(2k^3-2k^2-k)^2+(2k^3-4k^2-k+1)^2+(2k+1-2k^2)^3
8k+4=(k^3+k+2)^2+(k^2-2k-1)^2+(1-k^2)^3
16k+8=(2k^3-8k^2+4k+2)^2+(2k^3-4k^2-2)+(4k-2k^2)^3
16k=(k^3+7k-2)^2+(x^2+2k+11)^2+(5-k^2)^3
顯然所有偶數可以寫成上述形式中的一種。因此所有整數可以寫成a^2+b^2+c^3。
-----------------------------------------------------------
先寫下第一條定理的證明吧。有至少兩種證法,先寫種簡單的:
首先,所有大於等於5的孿生數都可以寫成6n+1和6n-1的形式(n是正整數),因為6n,6n+2,6n+3,6n+4都不可能是質數,而剩下的6n+1和6n+5相差4,要變成相差2,6n+5要變成6n+5-6,於是孿生數就必須得變成6n+1和6n-1的形式。
所以,如果勾股數包含孿生數,那麼(6n+1)^2+(6n-1)^2或者(6n+1)^2-(6n-1)^2需要是完全平方數。
首先考慮第一種可能。(6n+1)^2+(6n-1)^2=36n^2+12n+1+36n^2-12n+1=72 n^2+2。這個數是偶數,但不可能是4的倍數,所以不可能是完全平方數。
再考慮第二種可能。(6n+1)^2-(6n-1)^2=(6n+1+6n-1)x(6n+1-(6n-1))= 12n x 2 = 24n。那麼24n必須是完全平方數。如果24n是完全平方數,由於24n=4 x 6n,所以6n是完全平方數,n必須是6的倍數,而且除以6以後必須是完全平方數。
因此,我們可以設n=6k^2,k為正整數。這樣的話,6n-1=6x6k^2-1=(6k+1)x(6k-1),不可能是質數。
綜上所述,我們可以推匯出除了3,4,5之外,勾股數中不可能包含孿生數。
實際上,根據我下面所說的,之前發表的定理1,也就是,
1. 包含有兩個質數的勾股數,必然符合a^2=b+c,且a,c為質數,其中a<b<c(見證明的最後一段)。
可以更簡單地證明問題說明中的第一個猜想,也就是,
除了3,4,5之外,不存在包含孿生質數的勾股數。
證明: 由上述定理1,若存在包含孿生質數的勾股數,則a^2=b+c,且a,c為質數。由孿生質數定義,c=a+2。又由於a<b<c,b=a+1。由此可得,a^2=a+1+a+2,a=3或a=-1。所以滿足條件的勾股數只有3,4,5。
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1. 包含有兩個質數的勾股數,必然符合a^2=b+c。
2. 對勾股數a,b,c, 使得a^2=b+c成立的充要條件(通式)是a=2k+1, b=2k^2+2k, c=2k^2+2k+1。
第2條非常好證,就不寫了。第1條小時候證過,這裡直接貼了。
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再寫下第二條的證明:
2. 對任何整數n,可以找到整數a,b,c,使得n=a^2+b^2+c^3
證明:若n為奇數,設n=2k+1(k為整數),則透過配方法:
n=2k+1=2k^3-4k^2+2k-2k^3+4k^2+1
=2k(k^2-2k+1)+((k^3-2k^2-1)+(k^3-2k^2))*(( (k^3-2k^2-1)-(k^3-2k^2))
=2k(k-1)^2+(k^3-2k^2-1)^2-(k^3-2k^2)^2
=2k((k-1)^2-(k^2-2k)^2)+2k(k^2-2k)^2+(k^3-2k^2-1)^2-k^2 (k^2-2k)^2
=2k(k-1+k^2-2k)*(k-1-k^2+2k)+(k^2-2k)^2*(2k-k^2)+(k^3-2k^2-1)^2
=2k(k^2-k-1)(-k^2+3k-1)+(k^3-2k^2-1)^2+(2k-k^2)^3
=-2(k^2-k-1)(k^3-3k^2+k) +(k^3-2k^2-1)^2+(2k-k^2)^3
=-2(k^2-k-1)(k^3-3k^2+k) +((k^3-3k^2+k)-(k^2-k-1))^2+(2k-k^2)^3
=(k^3-3k^2+k)^2+(k^2-k-1)^2+(2k-k^2)^3
上述顯然符合a^2+b^2+c^3。
若n為偶數,類似地,
4k+2=(2k^3-2k^2-k)^2+(2k^3-4k^2-k+1)^2+(2k+1-2k^2)^3
8k+4=(k^3+k+2)^2+(k^2-2k-1)^2+(1-k^2)^3
16k+8=(2k^3-8k^2+4k+2)^2+(2k^3-4k^2-2)+(4k-2k^2)^3
16k=(k^3+7k-2)^2+(x^2+2k+11)^2+(5-k^2)^3
顯然所有偶數可以寫成上述形式中的一種。因此所有整數可以寫成a^2+b^2+c^3。
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先寫下第一條定理的證明吧。有至少兩種證法,先寫種簡單的:
首先,所有大於等於5的孿生數都可以寫成6n+1和6n-1的形式(n是正整數),因為6n,6n+2,6n+3,6n+4都不可能是質數,而剩下的6n+1和6n+5相差4,要變成相差2,6n+5要變成6n+5-6,於是孿生數就必須得變成6n+1和6n-1的形式。
所以,如果勾股數包含孿生數,那麼(6n+1)^2+(6n-1)^2或者(6n+1)^2-(6n-1)^2需要是完全平方數。
首先考慮第一種可能。(6n+1)^2+(6n-1)^2=36n^2+12n+1+36n^2-12n+1=72 n^2+2。這個數是偶數,但不可能是4的倍數,所以不可能是完全平方數。
再考慮第二種可能。(6n+1)^2-(6n-1)^2=(6n+1+6n-1)x(6n+1-(6n-1))= 12n x 2 = 24n。那麼24n必須是完全平方數。如果24n是完全平方數,由於24n=4 x 6n,所以6n是完全平方數,n必須是6的倍數,而且除以6以後必須是完全平方數。
因此,我們可以設n=6k^2,k為正整數。這樣的話,6n-1=6x6k^2-1=(6k+1)x(6k-1),不可能是質數。
綜上所述,我們可以推匯出除了3,4,5之外,勾股數中不可能包含孿生數。