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  • 若矩形的長、寬和對角線的長度都是整數(shù),求證:這個矩形的面積是12的倍數(shù).

    若矩形的長、寬和對角線的長度都是整數(shù),求證:這個矩形的面積是12的倍數(shù).
    數(shù)學(xué)人氣:588 ℃時間:2020-01-31 01:52:29
    優(yōu)質(zhì)解答
    [證法1]設(shè)矩形的長、寬和對角線長分別為a,b,c且a,b,c都是整數(shù),則根據(jù)勾股定理知
    a2+b2=c2,我們只需證明a,b,c中必有一個能被3整除,也必有一個能被4整除.
    (1)先證“a,b中必有一個能被3整除”.
    若a,b都不是3的倍數(shù),則a2與b2必被3除余1,則c2必被3除余2,
    但完全平方數(shù)被3除只能余0或1,故矛盾,
    所以a,b中必有3的倍數(shù),即ab為3的倍數(shù);
    (2)再證“a,b中必有一個能被4整除”.
    將a2+b2=c2中的a,b,c的公約數(shù)約去,得x2+y2=z2,其中x,y,z兩兩互質(zhì),
    只需證明“x,y中必有一個能被4整除”即可.
    首先x,y不能全是奇數(shù),因為若x,y均為奇數(shù),則x2與y2必都被4除余1,于是z2必被4除余2,但完全平方數(shù)被4除只能余0或1,故矛盾,
    所以x,y不能全是奇數(shù).
    因為x,y互質(zhì),所以,x,y也不能全是偶數(shù),
    因此x,y只能是一奇一偶,不妨設(shè)x=2p+1,y=2m(其中p,m均為整數(shù)),
    此時z是奇數(shù),設(shè)z=2q+1(q為整數(shù)),代入y2=z2-x2中,得
    4m2=(2q+1)2-(2p+1)2=4(q2+q-p2-p),即m2=q(q+1)-p(p+1),
    因為q(q+1)與p(p+1)都是兩個連續(xù)整數(shù)的乘積,
    所以q(q+1)與p(p+1)都能被2整除,于是m2為偶數(shù),
    因此m為偶數(shù),設(shè)m=2n(n為整數(shù)),則y=2n=2′2m=4m,于是y能被4整除.
    綜上,a,b中必有一個能被3整除,也必有一個能被4整除.又因為(3,4)=1,所以
    a′b能被12整除,即這個矩形的面積必為12的倍數(shù).
    [證法2]設(shè)a,b都不是4的倍數(shù),則a,b均為奇數(shù);或a,b中的一個為奇數(shù),另一個為被4
    除余2的數(shù);或a,b都是被4除余2的數(shù).
    (1)若a,b均為奇數(shù),則a2與b2必被4除余1,則c2必被4除余2,但完全平方數(shù)被
    4除只能余0或1,矛盾.
    (2)若a,b中一個是奇數(shù),另一個是被4除余2的數(shù);不妨設(shè)a=2k+1,b=2(2m+1)(其
    中k,m均為整數(shù)),則a2=4k2+4k+1=4k(k+1)+1.因為連續(xù)整數(shù)之積k(k+1)能被2
    整除,所以a2被8除余1,而b2=22(2m+1)2=16m(m+1)+4,于是b2被32除余4,所
    以a2+b2被8除余5,即c2被8除也余5,但完全平方數(shù)被8除只能余0或1或4,
    矛盾.
    (3)若a,b都是被4除余2的數(shù).設(shè)a=2(2k+1),b=2(2m+1)(其中k,m均為整數(shù)),
    則由a2+b2=c2知c2為偶數(shù),于是c為偶數(shù),設(shè)c=2n,則a2+b2=(2n)2=4n2,即
    22(2k+1)2+22(2m+1)2=4n2,約去公因子4,得(2k+1)2+(2m+1)2=4n2,變成兩個奇數(shù)平
    方和的情形,根據(jù)(1)得出矛盾.
    綜上,假設(shè)“a,b都不是4的倍數(shù)”不成立,所以“a,b中必有一個能被4整除”成立.
    因為(3,4)=1,所以a′b能被12整除,即這個矩形的面積必為12的倍數(shù).
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