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第十章 不定問題 第一節 勾股數組

第十章 不定問題

不定問題在中國古代數學中佔有重要地位。我們分勾股數組、五家共井、百雞問題、同余式問題等幾個方面闡述這一成就。

第一節 勾股數組

《九章算術》已知勾股差與弦求勾股的問題後來也發展為勾股差率與弦率的形式:
這是勾股數組的通解公式的另一種形式,其條件為p、q為互素奇數,2p2-q2是一個完全平方數。秦九韶曾用該公式成功地解決了遙度圓城的十次方程造術。美國數論專家迪克森(Dick-son)1894年提出了勾股數組的另一種形式:。顯然,其雛形便是《九章》勾股章已知弦勾差、弦股差求勾、股、弦的公式。九-九-藏-書
勾股定理x2+y2=z2本身就是一個不定問題,顯然它有無數組解。滿足該定理的有理數組(a,b,c)通常稱為勾股數組,西方稱為畢達哥拉斯數組。如何表示出勾股數組,是兩千多年來數學家們關注的問題。公元前五、六世紀,畢達哥拉斯設一奇數為2a+1=m2,m為正整數,那麼a=½(m2-1)、m、a+1=½(m2+1)就是勾股數組;後來柏拉圖以2m、m2-1、m2+1為勾股數組公式,歐幾里得以√uv、½(u-v)、½(u+v)或mnpq、½mn(p2-q2)、½mn(p2+q2)表示勾股數組,顯然這些表達式並未給出全部勾股數組。九*九*藏*書https://read•99csw.com
世界上第一次給出勾股數通解公式的是《九章算術》勾股章「二人同所立」問。問題是:「今有二人同所立。甲行率七,乙行率三。乙東行,甲南行十步而邪東北與乙會。問甲、乙行各幾何?」顯然甲行c+a,乙行b,而(c+a):b=m:n=7:3。《九章》先求出南行率即勾率a=½(m2-n2),東行率即股率b=mn,邪行率即弦率c=½(m2+n2)。然後根據已知南行步數,用今有術求出東行和邪行步數。這裏勾、股、弦三率便是勾股數的通解表示式,其為通解的條件是m、n為互素的奇數,《九章》的兩個例題都符合此條件。國外被認為最先給出勾股數組通解公式的是希臘的丟番都,其公式a=2mc/(m2+1),b=ma-c=(m2-1)×c/(m2+1),是若令m=u/v,c=u2+v2,則可得到與《九章》等價的公式。丟番都大約與劉徽同時,比《九章》晚了三、四百年。九九藏書read.99csw.com