畢氏三元數/勾股數(Pythagorean triple)
畢氏三元數是三個能當作直角三角形邊長的整數——三個正整數 a、b、c,滿足 a^2 + b^2 = c^2。最有名的是 (3, 4, 5):9 + 16 = 25。因為邊長剛好是整數,這些三元數在課堂題目中、以及任何想要乾淨直角而不想沾上煩人平方根的場合,都備受珍視。
把一個三元數的每個成員乘以同一個整數,會得到另一個三元數——(3, 4, 5) 放大成 (6, 8, 10)、(9, 12, 15) 等等。三個數沒有大於 1 的公因數的三元數叫做基本(primitive)三元數;(3, 4, 5) 與 (5, 12, 13) 是基本的,而 (6, 8, 10) 不是。每個基本三元數都能由歐幾里得公式產生:取兩個互質、奇偶性不同的正整數 m 大於 n,令 a = m^2 - n^2,b = 2mn,c = m^2 + n^2。當 m = 2、n = 1 得 (3, 4, 5);m = 3、n = 2 得 (5, 12, 13)。這個公式把每個基本三元數恰好產生一次,所以基本三元數有無窮多個。
三元數是幾何與數論一個令人愉快的交會點。它們讓你一眼就認出直角三角形,並用整數量度把它們造出來。一個有用的誠實:畢氏三元數只是同一個方程 a^2 + b^2 = c^2 的整數解——擁有它並不會讓一個三角形比別的直角三角形「更直角」;許許多多完全合格的直角三角形(例如 1-1-sqrt(2))有著無理數邊長,根本不是三元數。
歐幾里得公式取 m = 4、n = 1,得 a = 16 - 1 = 15,b = 2·4·1 = 8,c = 16 + 1 = 17。檢驗:15^2 + 8^2 = 225 + 64 = 289 = 17^2。所以 (8, 15, 17) 是一個基本三元數。
歐幾里得公式 a = m^2 - n^2、b = 2mn、c = m^2 + n^2 能造出每一個基本三元數。
記住幾個三元數——(3,4,5)、(5,12,13)、(8,15,17)、(7,24,25)——能加快解題,但別以為直角三角形的求邊問題一定有整數答案。大多數真實的直角三角形邊長是無理數,並不是三元數。