前面部分还是不用看了,基本勾股数的构造可以直接跳到UPD部分

  有可能是初中写的最后一篇了,中考啊~~
  以前跟一些人提到过,互质的勾股数a,b,c(即a²+b²=c²)都满足一个规律(其实互质满足了,那么不互质也一定满足):
    当a为奇数时:b=(a²-1)/2,c=(a²+1)/2
    当a为偶数时:b=a²/4-1,c=a²/4+1
  那么,这个条件是否充分呢(就是说当a,b,c满足以上规律时,这三个数是否为互质的勾股数)?
  显而易见,如果不要求互质的话,这是绝对满足的,证明如下:
  当a为奇数时:
    a²+b²=a²+[(a²-1)/2]²=a²+(a²-1)²/4=a²+(a^4-2a²+1)/4=a²+(a^4)/4-a/2+1/4=(a^4)/4+a/2+1/4=(a²+1)²/4=[(a²+1)/2]²=c²
  当a为偶数时:
    a²+b²=a²+(a²/4+1)²=a²+(a^4)/16-a²/2+1=(a^4)/16+a²/2+1=[a²/4+1]²=c²
  接下来讨论一下互质的问题:
    当a为奇数时:

      ∵a²=0(mod
a)
      ∴a²+1=1(mod a)
      即(a²+1)与a互质
      又因为:a为奇数,即a=1(mod
2)
      ∴(a²+1)/2也与a互质,即b与a互质
      同理可证c与a互质
    当a为偶数时:设a=2k,则:
      a²/4-1=(2k)²/4-1=4k²/4-1=k²-1
      ∴k²与b互质,即只当b为偶数(k为奇数)时,a,b最大公因数可以为2
    同理可证a,c也有相同性质,即要么a,b,c互质,要么a,b,c同除二后互质(不过在处理时,很多时候可以把后者转为前者)
  然后再证一下这个公式的必要性(有瑕疵):
    当a为奇数时:

      对于b,c不满足以上公式者,即b≠(a²-1)/2,c≠(a²+1)/2时:
      b≠(a²-1)/2(mod
a), c≠(a²+1)/2(mod a)
      又因为:a为奇数,即a=1(mod 2)
      ∴b≠a²-1(mod a), c≠a²+1(mod
a)
      ∴b≠-1(mod a),c≠1(mod a)
      ∴b²≠1(mod a),c²≠1(mod a)
      ∴c²-b²≠0(mod
a)
      又因为:如果a,b,c满足a²+b²=c²,则c²-b²=a²,那么c²-b²=0(mod
a),矛盾,舍去
    当a为偶数时:对于b,c不满足以上公式者,即b≠a²/4-1,c≠a²/4+1时:
      因为a为偶数,所以设a=2k,则:
      b≠(2k)²/4-1,c≠(2k)²/4+1
      ∴b≠k²-1,c≠k²+1
      ∴b≠-1(mod
k),c≠1(mod k)
      ∴b²≠1(mod k),c²≠1(mod k)
      ∴c²-b²≠0(mod
k)
    又因为:如果a,b,c满足a²+b²=c²,则c²-b²=a²,那么c²-b²=0(mod a),且a=2k,所以c²-b²=0(mod
k),矛盾,舍去。

UPD
  OK,以上充分性证明纯属扯淡……
  这个公式事实上只能生成部分基本勾股数,下面介绍一个真正的,基本勾股数的充要条件:
  既然已经过了这么久才编辑的,我还是换个字母吧:对于x²+y²=z²,充要条件是:x=2ab,y=a²-b²,z=a²+b²(a,b互质,且a,b为一奇一偶)。必要性是显然的,至于充分性……诶,对学渣来说有点困难啊,咱慢慢来:
  先说点定义的问题:显然x,y是有一奇一偶的(如果都为偶数,那么z也是偶数,此时不是基本勾股数,如果都为奇数,通过对模4的二次剩余的讨论,可以很容易证伪),所以我们可以设2
|
x(这个符号是说x除以2为整数,在这里表示x是偶数),就有x=2ab。
  首先是引理:对于不定方程uv=w²(w>0,u>0,u,v互质),它的一切解可以表示为u=a²,v=b²,w=ab(a>0,b>0,a,b互质)。
  证明:写出u,v的标准分解式=p1^e1·p2^e2·p3^e3…pk^ek,v=q1^f1·q2^f2·a3^f3……ql^fl,因为u,v互质,所以p,q中没有相同的质数,因此,w²=p1^e1·p2^e2·p3^e3…pk^ek·q1^f1·q2^f2·a3^f3……ql^fl。所以e1,e2,e3……ek,f1,f2,f3……fk一定都是偶数,于是u,v都是完全平方数,那么显然就证完了……
  接下来是正式的证明:(x/2)²=x²/4=(z²-y²)/4=[(z+y)/2][(z-y)/2],设d为(z+y)/2和(z-y)/2的最大公约数,则d
| ((z+y)/2+(z-y)/2)=z,d |
([(z+y)/2]-[(z-y)/2])=y,又因为y,z互质,所以d=1。所以(z+y)/2与(z-y)/2互质。由引理知,存在(z+y)/2=a²,(z-y)/2=b²,x/2=ab。即x=2ab,y=a²-b²,z=a²+b²。
  证毕。证明还是蛮简洁易懂的嘛……
  至于x,y,z互质的证明嘛……设x,y最大公因数为d,那么d
| z=(a²+b²)且d | (a²-b²),于是d | a²,d |
b²,但是a,b互质,所以a²,b²互质,d就等于1了嘛,从而x,y互质,然后也能推出x,y,z互质。
  有些同学反映看不懂很多符号,于是好多东西都是手写的,好麻烦的说……
  优美的排版,有种打程序缩进的感觉……