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灵机一动 | 第305期 还原正方形

好玩的数学  · 公众号  · 数学  · 2017-09-08 07:20

正文

灵机一动

数学是思维的体操,很多数学问题的解答往往就闪现在你的灵机一动之中。本栏目精选数学中的好题、趣题,以及最能锻炼数学思维的题呈现给大家,希望给你带来思考的乐趣。


本期问题来了

NO. 305

还原正方形

如图,已知E,F,G,H四点为正方形ABCD各边上任一点,怎样由此四点把正方形ABCD还原出来?

★ 右下角写留言开始答题,鼓励大家把思考的过程写出来。

★ 如果想不出来,可以转发朋友圈向朋友求助哦!答案将在下期公布。

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上期问题回顾

NO. 304

智慧数

如果对于大于1的整数z,存在两个正整数x,y,使得z=x²-y²,那么称这个数z叫做智慧数。把所有的智慧数按从小到大排列,那么第2017个智慧数是多少?


分析与解答


答案:2692


设正整数k,有(k+1)²-k²=2k+1,即所有的奇数都是智慧数(1除外)。


还有(k+1)²-(k-1)²=4k,即所有能被4整除的数都是智慧数(4除外)。


另一方面,假如4k+2是智慧数,那么必有两个正整数m和n,使得4k+2=m²-n²,即2(2k+1)=(m+n)(m-n),由于m+n和m-n两数奇偶相同,(m+n)(m-n)要么是奇数,要么是4的倍数,与4k+2矛盾,所以4k+2不是智慧数。


综上,3是最小的智慧数,接下来是5、7、8;9、11、12;13、15、16;...


即把从1开始的正整数依次每4个分成1组,除第一组只有1个智慧数(3)外,其余各组都有3个智慧数(2奇数和1个4的倍数),且每组中第二个数不是智慧数。所以,第2017个智慧数是在(2017-1)/3+1=673组的第4个数,即673×4=2692。


拓展思维:  

如果一个正整数能表示为两个连续偶数的平方差,那么称这个正整数为“神秘数”。如12=42-22,所以12是神秘数。

(1)  神秘数都是4的倍数吗?为什么?

(2)  两个连续奇数的差是神秘数吗?为什么?


(本期答案整理:水滴)


题友解答精选

◎题友 @邓晋荣 的解答:

z=x²-y²=(x+y)(x-y),x+y与x-y同奇偶 显然所有大于1的奇数符合条件 所有大于4的4的倍数可以分解为2乘以一个大于2的倍数,符合条件 对于不是4的倍数的偶数,必然分解为一奇一偶相乘,不符合 因此,除了1,2,3,4外,每四个数就有三个智慧数,(2017-1)÷3=672,所以答案为(672+1)×4=2692

◎题友 @黄河 的解答:

关于证明“智慧数只能表示为2k+1或4k的形式,k为正整数”,可以更简单点: ①由于2k+1=(k+1)²-k²,所以所有大于1的奇数都是智慧数; ②由于4k=(k+1)²-(k-1)²,所以所有大于4的4的倍数都是智慧数; ③对所有正整数n,由于(n+1)²-n²=2n+1>2,所以所有n²+2都不是完全平方数,即两个完全平方数之差(即智慧数)不可能是被4除余2的偶数。

◎题友 @Lin-匯丰 的解答:

第2017个智慧数是2692。 由题意得:z=(x+y)(x-y),令a=x+y,b=x-y,则有z=ab,其中a和b奇偶性相同,且a≠b。 首先考虑奇数,不妨取b=1,a=2k+1(k是任意正整数),则所有大于等于3的奇数都满足z; 接着考虑偶数,取b=2,a=2k(k是大于1的正整数),则所有大于等于8的4的倍数都满足z。 综上,将正整数按4个数为一组划分,第一组只有3一个智慧数,从第二组开始每组都有3个智慧数(4k-3,4k-1,4k),又(2017-1)÷3=672,故第2017个智慧数为第673组的最后一个数:4×673=2692。

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