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数论 | 勾股数组与单位圆

数论 | 勾股数组与单位圆

作者: 0与1的邂逅 | 来源:发表于2019-03-01 20:24 被阅读0次

在前面,我们描述了a^2+b^2=c^2的所有整数解a、b、c。如果用c^2除这个方程,则得(\frac{a}{c})^2+(\frac{b}{c})^2=1
所以,有理数对(a/c,b/c)是方程x^2+y^2=1的解。


我们都知道x^2+y^2=1表示圆心在(0,0)、半径为1的圆C,这个圆也称为单位圆。

下面,我们从几何角度来求圆C上x坐标与y坐标都是有理数的点。

注意到圆上有四个明显的具有有理数坐标的点,我们从中选出一个点(-1,0),取任意有理数m,过该点做一条斜率为m的直线L,如图3.1。

从图形上看,交集C∩L恰好有两个点组成,其中一个是(-1,0),我们只需求出另一个,取不同的m值,便可以求出圆C上x坐标与y坐标都是有理数的点。

联立方程C:x^2+y^2=1L:y=m(x+1),化简得(m^2+1)x^2+2m^2x+(m^2-1)=0

另一方面,如果得到一个有理数解(x_1,y_1),则过点(x_1,y_1)(-1,0)的直线斜率是有理数。所以,通过取m的所有可能值,上述过程就生成方程x^2+y^2=1的所有有理数解。(点(-1,0)例外,它对应斜率m=∞的铅直线)


我们将结果概括为下述定理:

写在最后:

参考资料:
Joseph H. Silverman《数论概论》(第三版)

这里介绍了勾股数组的另一种方式推导方式,以及短除法的妙用。

如有错误,欢迎指正。

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