先把其中一个方程,摘抄如下:
(1):X^2-1=355*356*357*358,求X的值?
暂时先不谈其解法,还是先从以下几个步骤着手来分析。
一、首先刨根问底,追根溯源,先搞清楚“四个连续整数相乘”具体说了什么,也许方程就不攻自破了。“为什么会有这样的题目出现,是空穴来风吗?”
“对于这样的四个连续整数相乘的方程,其数理根源到底是从哪里来的?”
反复通过查询资料,终于发现在陈景润的《初等数论1》第32页的第一章习题中有一个证明题,第4小题具体摘抄如下:
“4.证明任意四个连续整数的乘积加1必定是一个平方数。”
书本上摘抄如下图:
书上的证明习题
如果对方程“X^2-1=355*356*357*358”改变一下形式,变成“X^2=355*356*357*358+1”就与这个证明题中的描述完全符合了。
个人认为:这个证明题就是“四个连续整数相乘的方程”这类题型的数理根源。
(备注:因为手头资料有限,当然是不是只有这本书中有,我不得而知,具体是谁发现的,也未作考究。暂且把它当作数理根源吧!)
二、其次是找到其证明过程。刚好其书上有证明的过程(陈景润的《初等数论1》第93-94页处)。
原文证明过程摘抄如下:
证明:我们以a,(a+1),(a+2),(a+3)代表四个连续整数,其中a是一个整数,则
a(a+1)(a+2)(a+3)=(a^2+3a)(a^2+3a+2)=[(a^2+3a+1)-1][(a^2+3a+1)+1]=(a^2+3a+1)^2-1
上式右端括弧内a^2+3a+1是一个整数,故(a^2+3a+1)^2是一个平方数。
书上证明过程具体如下图:
书上的证明步骤
三、仔细查看证明过程中数理的步骤及逻辑方法,反复询问自己是否有不解之处?当然证明的步骤与逻辑方法肯定是没有问题的。通过数的分解,成功地分离出了一个“-1”,得到了一个平方数:(a^2+3a+1)^2。
对于其中的每一个步骤自己是否都懂了呢?
对于表达式中“a(a+1)(a+2)(a+3)=(a^2+3a)(a^2+3a+2)”中少了一个乘法结合律的步骤:a(a+1)(a+2)(a+3)=[a(a+3)][(a+1)(a+2)]=(a^2+3a)(a^2+3a+2)。
实际上就是:“首尾两数相乘的积”与“中间两数相乘的积”再相乘。
对于步骤有一个疑问:为什么一定要这样结合,其数理根源在哪里?
从拓展的角度对自己提出以下的几个问题:
1、如果是任意四个连续的偶数的乘积加几必定是一个平方数?
2、如果是任意四个连续的奇数的乘积加几必定是一个平方数?
3、对于任意四个数有没有其它方式的进行连续?如果有其乘积加几必定是一个平方数?
4、因此也对于题目中“连续”两字产生了疑惑,“数的连续”具体是以什么方式进行连续的呢?
带着上面的几个疑问,便开始下面的自我探索之旅。
四、再次追寻先辈之脚步,先从最简单又具体的数开始进行分析。对于步骤中的一个疑问:为什么一定要这样结合,其数理根源在哪里?
从下面三组最简单的“四个连续的整数”开始分析。
如下:
第一组:1*2*3*4,
第二组:2*3*4*5
第三组:3*4*5*6
第一组:乘法的结合律有以下三种形式:
1*2*3*4=(1*2)*(3*4)=2*12
1*2*3*4=(1*3)*(2*4)=3*8
1*2*3*4=(1*4)*(2*3)=4*6
第二组:乘法的结合律有以下三种形式:
2*3*4*5=(2*3)*(4*5)=6*20
2*3*4*5=(2*4)*(3*5)=8*15
2*3*4*5=(2*5)*(3*4)=10*12
第三组:乘法的结合律有以下三种形式:
3*4*5*6=(3*4)*(5*6)=12*30
3*4*5*6=(3*5)*(4*6)=15*24
3*4*5*6=(3*6)*(4*5)=18*20
仔细对比这几组数,发现一个有规律的现象,每组中第3种结合方式中“中间两数相乘的积”与“首尾两数相乘的积”之差都是2.
具体如下:
4*6中,6-4=2,
10*12中,12-10=2,
18*20中,20-18=2,
由此猜想:四个连续整数的中间两数之积总比首尾两数之积大2。
由上例证明题中可知:
a(a+1)(a+2)(a+3)=[a(a+3)]*[(a+1)(a+2)]=(a^2+3a)*(a^2+3a+2)
得出"中间两数之积"减"首尾两数之积":(a^2+3a+2)-(a^2+3a)=2
由此可以证明猜想是正确的。
这有什么用呢?
很容易联想到平方差的公式:
(A+B)(A-B)=A^2-B^2
当B=1时,其形式如下:
(A+1)(A-1)=A^2-1^2=A^2-1
其中(A+1)-(A-1)=2,是巧合吗?
平方差公式的拓展变化形式之一:
A(A+2)=[(A+1)-1]*[(A+1)+1]=(A+1)^2-1^2=(A+1)^2-1---(4)
其中后面的数比前面的数大2:(A+2)-A=2。
通过比较得出以下结论:四个连续整数相乘的中间两数的乘积与首尾两数的乘积之差是2,刚好以构成(4)中平方差形式。
因为:“中间两数的乘积”-“首尾两数的乘积”=2
设“首尾两数的乘积”=A,则“中间两数的乘积”=A+2
所以:四个连续整数相乘=“首尾两数的乘积”*“中间两数的乘积”=A(A+2)=(“首尾两数的乘积”+1)^2-1=(A+1)2-1
总算找到了“为什么一定要这样结合”的数理之根源。
(备注:1*2*3*4+1=(1*4)*(2*3)+1=4*6+1=[(4+1)-1)]*[(4+1)+1]+1=(5-1)*(5+1)+1=5^2-1+1=5^2。因为这个数理等式含有推导,其中也有(4)这种平方差公式的拓展变化。所以我会通过上面最简单的实际数例来记它。)
知道“四个整数连乘”说了什么,对于开始的题目就不难解了:
(1):X^2-1=355*356*357*358,求X的值
解:X^2-1=355*356*357*358
X^2=355*356*357*358+1
=(355*358)*(356*357)+1
=[(355*358+1)-1]*[(355*358+1)+1]+1
=(355*358+1)^2-1^2+1
=(355*358+1)^2
所以:X=±(355*358+1)=±127091
因此注重其推导,并理解后,X2就等于“首尾两个数的乘积并加1”的平方了,只不过增加了计算量。
当然除了会做这类题以外,还找到了出题的方向,能随意出题了,不是吗?
出题的方向,其形式如下:
X^2-1=“任意四个连续整数相乘”
或
X^2=“任意四个连续整数相乘”+1
我就不出题了,有兴趣的朋友自己出几个题目试试?
“如果会出题了,还会怕做题吗?”这是我一惯的想法。
数学类比参考点图
声明:以下内容只是个人的构思与想法,仅是个人的浅见。不作为解题的步骤,也与考试无关。其中的拓展思考仅作参考。由于其中部分的数理是靠自己猜想后,进行推理出来的。如有不当之处,还请斧正。
对拓展的角度中第1个小问题:
1、如果是任意四个连续的偶数的乘积加几必定是一个平方数?
先从以下三组最简单的“任意四个连续的偶数的乘积”开始分析:
第一组:2*4*6*8,
第二组:4*6*8*10
第三组:6*8*10*12
第一组乘法的结合律有以下三种形式:
2*4*6*8=(2*4)*(6*8)=8*48
2*4*6*8=(2*6)*(4*8)=12*32
2*4*6*8=(2*8)*(4*6)=16*24
第二组乘法的结合律有以下三种形式:
l4*6*8*10=(4*6)*(8*10)=24*80
4*6*8*10=(4*8)*(6*10)=32*60
4*6*8*10=(4*10)*(6*8)=40*48
第三组乘法的结合律有以下三种形式:
6*8*10*12=(6*8)*(10*12)=48*120
6*8*10*12=(6*10)*(8*12)=60*96
6*8*10*12=(6*12)*(8*10)=72*80
再仔细对比这几组数,同样发现一个有规律的现象,每组中第3种结合方式中,“中间两数相乘的积”与“首尾两数相乘的积”之差都是8.
如下:
16*24中,24-16=8,
40*48中,48-40=8,
72*80中,80-72=8,
再对每组数中的第3种结合进行再次的分解:
2*4*6*8=(2*8)*(4*6)=16*24=(20-4)*(20+4)=20^2-4^2
4*6*8*10=(4*10)*(6*8)=40*48=(44-4)*(44+4)=44^2-4^2
3、6*8*10*12=(6*12)*(8*10)=72*80=(76-4)*(76+4)=76^2-4^2
这三组数都是多么有规律,都是“-4^2”
对拓展的角度中第2个小问题:
2、如果是任意四个连续的奇数的乘积加几必定是一个平方数?
先从以下三组最简单的“任意四个连续的偶数的乘积”开始分析:
第一组:1*3*5*7,
第二组:3*5*7*9
第三组:5*7*9*11
第一组,乘法的结合律有以下三种形式:
1*3*5*7=(1*3)*(5*7)=3*35
1*3*5*7=(1*5)*(3*7)=5*21
1*3*5*7=(1*7)*(3*5)=7*15
第二组,乘法的结合律有以下三种形式:
3*5*7*9=(3*5)*(7*9)=15*63
3*5*7*9=(3*7)*(5*9)=21*45
3*5*7*9=(3*9)*(5*7)=27*35
第三组,乘法的结合律有以下三种形式:
l5*7*9*11=(5*7)*(9*11)=35*99
5*7*9*11=(5*9)*(7*11)=45*77
5*7*9*11=(5*11)*(7*9)=55*63
再仔细对比这几组数,同样发现一个有规律的现象,每组中第3种结合方式中,“中间两数相乘的积”与“首尾两数相乘的积”之差都是8.
如下:
7*15中,15-7=8,
27*35中,35-27=8,
55*63中,63-55=8,
再对每组数中的第3种结合进行再次的分解:
1*3*5*7=(1*7)*(3*5)=7*15-=(11-4)*(11+4)=11^2-4^2
3*5*7*9=(3*9)*(5*7)=27*35=(31-4)*(31+4)=31^2-4^2
5*7*9*11=(5*11)*(7*9)=55*63=(59-4)*(59+4)=59^2-4^2
这三组数同样多么有规律,都是“-4^2”
大胆的猜想如下:
1、任意四个连续的偶数的乘积加16必定是一个平方数。
2、任意四个连续的奇数的乘积加16必定是一个平方数。
1、证明:任意四个连续的偶数的乘积加16必定是一个平方数。
设:a是自然数,任意四个连续的偶数分别是2a,2a+2,2a+4,2a+6
(2a*(2a+2)*(2a+4)*(2a+6)=2^4[a*(a+1)(a+2)(a+3)](因式中提取2后,此处又变成了任意四个连续整数连乘的形式)
=2^4[a*(a+3)(a+1)(a+2)](首尾相乘的积与中间两数之积相乘)
=2^4[a*(a+3)+1]^2-1]
=2^4[a*(a+3)+1]^2-2^4
=[2^2(a^2+3a+1)]^2-2^4
=[2^2(a^2+3a+1)]^2-16
由此可见:
2a*(2a+2)*(2a+4)*(2a+6)+16=[2^2(a^2+3a+1)]^2-2^4+16=[2^2(a^2+3a+1)]^2
这个平方数是:[2^2(a^2+3a+1)]^2
所以“任意四个连续的偶数的乘积加16必定是一个平方数”是正确的。
2、证明:任意四个连续的奇数的乘积加16必定是一个平方数。
设:a是自然数,任意四个连续的奇数分别是:2a+1,2a+3,2a+5,2a+7.
(2a+1)*(2a+3)*(2a+5)*(2a+7)=(2a+1)*(2a+3)*(2a+5)*(2a+7)
=(2a+1)*(2a+7)*(2a+3)*(2a+5)
=(4a^2+16a+7)(4a^2+16a+15)
=[(4a^2+16a+11)-4]*[(4a^2+16a+11)+4]
=(4a^2+16a+11)^2-4^2
由此可见:
(2a+1)*(2a+3)*(2a+5)*(2a+7)+16=(4a^2+16a+11)2-4^2+16=(4a^2+16a+11)^2
这个平方数是:(4a^2+16a+11)^2
所以“任意四个连续的奇数的乘积加16必定是一个平方数”是正确的。
对拓展的角度中第3和4个小问题一起来讨论:
3、对于任意四个数有没有其它方式的进行连续?如果有其乘积加几必定是一个平方数?
4、因此也对于题目中“连续”两字产生了疑惑,“数的连续”具体是以什么方式进行连续的呢?
首先对“连续”两个字提出自己的看法:
我们经常会说四个连续的整数,实际上四个连续的整数之间的相差为1,即步长为1。
个人认为数的连续是以“步长”为方式进行连续的。
例如下面三组数的连续是步长为3的四个连续的整数相乘形成:
1*4*7*10
2*5*8*11
3*6*9*12
当然还有步长为:4、5、6….等等,四个连续的整数相乘的形式。
个人感想:在数学中,思考的终级目的是如何快速计算,快速计算的方法是寻找通项式。
如何来找不同步长的四个连续的整数相乘的通项式呢?又能找到吗?
先对第3个小问题转化为如下的描述:
以任意“步长”作为连续的四个整数的乘积加几必定是一个平方数。(步长为整数)
推理:
假设:a为任意整数,d为任意步长为整数,“任意“步长”作为连续的四个整数”:a,a+d,a+2d,a+3d
a(a+d)(a+2d)(a+3d)=a(a+3d)(a+1d)(a+2d)=(a^2+3da)(a^2+3da+2d^2)
=[(a^2+3da+d^2)-d^2][(a^2+3da+d^2)+d^2]
=(a^2+3da+d^2)^2-(d^2)^2
=(a^2+3da+d^2)^2-d^4
由结果可知:因此加上d^4,(a^2+3da+d^2)^2就刚好是一个平方数。
结论如下:
以任意“步长”作为连续的四个整数的乘积加“步长的四次方”必定是一个平方数。(步长为整数)
验证:
1、d=1时,
a(a+d)(a+2d)(a+3d)+d^4=(a^2+3da+d^2)2-(d^2)^2+d^4
=(a^2+3da+d^2)^2
=(a^2+3a+1)^2
与上面“4.证明任意四个连续整数的乘积加1必定是一个平方数。”的结果是一样的,都是:(a^2+3a+1)^2
2、当d=2时,
a(a+d)(a+2d)(a+3d)+d^4=(a^2+3da+d^2)^2-d^4+d^4=(a^2+3da+d^2)2=(a^2+6a+4)^2
a)n为整数,当a=2N时四个数才是偶数。其代入得:
(a^2+6a+4)^2=((2n)^2+6*(2n)+4)^2=[2^2(n^2+3n+1)]^2
与我自己证明的“任意四个连续的偶数的乘积加16必定是一个平方数。”中的平方数是:[2^2(a2+3a+1)]^2与验证中[2^2(n^2+3n+1)]^2从数理上是等价的,(因为a,n都是任意整数)
b)n为整数,当a=2N+1时四个数才是奇数。其代入得:
(a^2+6a+4)^2=((2n+1)^2+6*(2n+1)+4)^2=[4n^2+16n+11)]^2
与我自己证明的“任意四个连续的奇数的乘积加16必定是一个平方数。”中的平方数是(4a^2+16a+11)^2与验证中[4n^2+16n+11)]^2从数理上是等价的。(因为a,n都是任意整数)
由此可见,从数理上是正确的。
当然进一步可以推广到实数范围。其数理便做如下修改:“以任意“步长”作为连续的四个连续的数的乘积加“步长的四次方”必定是一个数的平方。”
(注:平方数是指可以写成某个整数的平方的数。这里把“一个平方数”改为“一个数的平方”,把“四个连续的整数”改为“四个连续的数”,数就不一定是整数了,是实数,步长也是实数。
验证举例:
1、利用计算器计算:
X^2=1.1*2.3*3.5*4.7+1.2^4=43.6921=6.61^2
X^2=6.61^2
X=±6.61
2、利用公式计算:
此处:a=1.1,d=1.2(都是不整数了)将其代入下面方程中
X^2=(a^2+3da+d^2)^2=(a^2+3a+1)^2=(1.1^2+3*1.1*1.2+1.2^2)^2
X^2=(1.1^2+3*1.1*1.2+1.2^2)^2
X=±(1.1^2+3*1.1*1.2+1.2^2)=±6.61
其结果是一样的。
由此可见,
X^2-d^4=a(a+d)(a+2d)(a+3d)
对于复数是不是也成立呢?
暂时就不举例了,有兴趣的爱好者可以试试?
总结分析问题的步骤如下:2.其次找到其证明过程。
3.然后查看证明过程中数理步骤的逻辑及方法,反复询问自己是否有不解之处?永远抱有99%的相信度,但保留1%的怀疑度。有时并非要怀疑其正确性,而是考查其数理变化是否穷尽?
4.再次追寻先辈之脚步,先从最简单的具体的数开始来进行推理,再慢慢过渡到抽象的数(未知数),学习证明过程的归纳方法与手段。学会后,还要能自出这类题目。
5.最后通过思考,利用最简的模型来进行类比。用自己的语言来总结其变化规律,从而达到永远记住。
题外拓展:当未知数在四个连续的数中如何解?
其拓展形式如下:
(X+1)(X+2)(X+3)(X+4)=3024,求X的值?
我又能否找到思考的方向吗?
我又能找到出题的方法吗?
我又能穷尽其变化吗?
我又能得出什么结论吗?
【叁考:3024=6*7*8*9,或3024=(-9)*(-8)*(-7)*(-6)】
一个问题接一个问题永远没有尽头,也许这就是数学迷人的地方吧!
最后引用数学家高斯的一句话作为结束语:“在数论中由于意外的幸运颇为经常,所以用归纳法可萌发出极漂亮的新的真理。”--高斯(Guass)