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“3、4、5”是人们最熟悉的一组勾股数。早在西汉时期,在中华民族编写的天文历算著作《骨髀算经》一书中,我们的祖先就掌握了这组数的关系。因为,若存在三个连续自然数,可以分别表示直角三角形三边的长度,那么:由n2 +(n+1)2=(n+2)2 ,得(n-3)(n+1)=0,又因为n为自然数,所以这样的勾股数数组有且仅有3、4、5这一组。
为表达方便,我们不妨将32+42=52记为(3,4//5),虽然再也找不到其他三个连续的自然数可表示成这一形式,但是,“10、11、12、13、14”这五个连续的自然数显然可以满足: 102+112+122=132+142,如果仍将这五个数记为(10,11,12,//13,14),那么在茫茫自然数的海洋里,还存在着多少个具有这种性质的数组呢?
猜想:对于每一个确定的自然数n,一定唯一存在(2n+1)个连续自然数a1,a2,…a2n+1 组成的一组数组,满足a21+ a22 +…+a2n+1 = a2n+2 + a2n+3 +…+a22n+1 。其中,a1=(2n2+n),a2 =(2n2+n+1)……a2n+1=(2n2+3n)。
证明:设m、n是两自然数,且m>n,那么(m-n),(m-n+1),…(m-1),m,(m+1),…(m+n)是(2n+1)个连续自然数。
其中前(n+1)个连续自然数的平方和为:(m-n)2 +(m-n+1)2 +(m-n+2)2+…+(m-1)2 +m2 =(n+1)m2-n(n+1)m+〔n(n+1)(2n+1)〕/6┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1)
后n个连续自然数的平方和为:
(m+1)2 +(m+2)2 +(m+3)2+…+(m+n-1)2 (m+n)2=nm2+n(n+1)m+〔n(n+1)(2n+1) 〕/6┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(2)
若令(1)、(2)两式相等,可得m=2n(n+1)。显见,当n是某一个确定的自然数时,m亦被唯一确定,所以数组(a1,a2, …an+1// an+2,an+3,…a2n+1)唯一存在,由m=2n(n+1)代入a1= m-n得: a1=(2n2+n),a2 =(2n2+n+1)……a2n+1=(2n2+3n)猜想得证。
现在我们可以看到3、4、5这一组数,原来是猜想中n=1的情况。根据上述证明,我们不难写出这样一串有趣的数组(分别令n=1,2,3…):(3,4//5)、(10,11,12//13,14)、(21,22,23,24//25,26,27)、(36,37,38,39,40//41,42,43,44)、……、((2n2+n),(2n2+n+1),…,(2n2+2n)//(2n2+2n+1),(2n2+2n+1),…,(2n2+3n))。
根据以上猜想的结论,每一位读者可以写出任意一组需要的有趣平方和数组了吧?比如年份题2007个连续自然数的平方和可分为前1004个连续自然数的平方和恰巧等于紧跟着的1003个连续自然数的平方和(令通式中n=1003即可),前面2009个连续自然数的平方和恰巧等于紧跟着的2008个(令通式中n=2008即可)连续自然数的平方和等等!
同理,若将1+2=3记为(1,2|3),仿上述分析和证明可见:(4,5,6,|7,8)。(9,10,11,12|13,14,15),(16,17,18,19,20|21,22,23,24)……(n2,(n2+1),…,(n2+n)|(n2+n+1),(n2+n+2)…,(n2+2n))。
是否还存在若干个连续自然数,其中前一部分连续自然数的立方(或更高次方)之和,等于后一部分连续自然数的立方(或更高次方)之和呢?请读者自己考虑和探索,本文恕不赘述。
“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”
为表达方便,我们不妨将32+42=52记为(3,4//5),虽然再也找不到其他三个连续的自然数可表示成这一形式,但是,“10、11、12、13、14”这五个连续的自然数显然可以满足: 102+112+122=132+142,如果仍将这五个数记为(10,11,12,//13,14),那么在茫茫自然数的海洋里,还存在着多少个具有这种性质的数组呢?
猜想:对于每一个确定的自然数n,一定唯一存在(2n+1)个连续自然数a1,a2,…a2n+1 组成的一组数组,满足a21+ a22 +…+a2n+1 = a2n+2 + a2n+3 +…+a22n+1 。其中,a1=(2n2+n),a2 =(2n2+n+1)……a2n+1=(2n2+3n)。
证明:设m、n是两自然数,且m>n,那么(m-n),(m-n+1),…(m-1),m,(m+1),…(m+n)是(2n+1)个连续自然数。
其中前(n+1)个连续自然数的平方和为:(m-n)2 +(m-n+1)2 +(m-n+2)2+…+(m-1)2 +m2 =(n+1)m2-n(n+1)m+〔n(n+1)(2n+1)〕/6┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(1)
后n个连续自然数的平方和为:
(m+1)2 +(m+2)2 +(m+3)2+…+(m+n-1)2 (m+n)2=nm2+n(n+1)m+〔n(n+1)(2n+1) 〕/6┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅(2)
若令(1)、(2)两式相等,可得m=2n(n+1)。显见,当n是某一个确定的自然数时,m亦被唯一确定,所以数组(a1,a2, …an+1// an+2,an+3,…a2n+1)唯一存在,由m=2n(n+1)代入a1= m-n得: a1=(2n2+n),a2 =(2n2+n+1)……a2n+1=(2n2+3n)猜想得证。
现在我们可以看到3、4、5这一组数,原来是猜想中n=1的情况。根据上述证明,我们不难写出这样一串有趣的数组(分别令n=1,2,3…):(3,4//5)、(10,11,12//13,14)、(21,22,23,24//25,26,27)、(36,37,38,39,40//41,42,43,44)、……、((2n2+n),(2n2+n+1),…,(2n2+2n)//(2n2+2n+1),(2n2+2n+1),…,(2n2+3n))。
根据以上猜想的结论,每一位读者可以写出任意一组需要的有趣平方和数组了吧?比如年份题2007个连续自然数的平方和可分为前1004个连续自然数的平方和恰巧等于紧跟着的1003个连续自然数的平方和(令通式中n=1003即可),前面2009个连续自然数的平方和恰巧等于紧跟着的2008个(令通式中n=2008即可)连续自然数的平方和等等!
同理,若将1+2=3记为(1,2|3),仿上述分析和证明可见:(4,5,6,|7,8)。(9,10,11,12|13,14,15),(16,17,18,19,20|21,22,23,24)……(n2,(n2+1),…,(n2+n)|(n2+n+1),(n2+n+2)…,(n2+2n))。
是否还存在若干个连续自然数,其中前一部分连续自然数的立方(或更高次方)之和,等于后一部分连续自然数的立方(或更高次方)之和呢?请读者自己考虑和探索,本文恕不赘述。
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