定义:
如果一个正整数n能表示为两个正整数的平方差,那么称正整数n为“智慧数”,即:若正整数n=a2-b2(a,b为正整数,且a>b),则称正整数n为“智慧数”.例如:∵5=32-22 , ∴5是“智慧数”.根据定义,直接写出最小的“智慧数”是.
提出问题:
如果按照从小到大的顺序排列起来,那么第2022个“智慧数”是哪位数?
探究问题:
要解答这个问题,我们先要明白“智慧数”产生的规律.
探究1:“智慧数”一定是什么数?
假设n是“智慧数”,则至少存在一组正整数a、b,使n=a2-b2(a,b为正整数,且a>b).
情况1:a、b均为奇数,或均为偶数.
分析:
∵a、b均为奇数,或均为偶数
∴(a+b)、(a-b)均为偶数
此时不妨设(a+b)=2c,(a-b)=2d
又∵n=a2-b2=(a+b)(a-b)=4cd
∴a2-b2为4的倍数,即n为4的倍数.
情况2:a、b为一奇数、一偶数.
分析:
∵a、b为一奇数、一偶数
∴(a+b)、(a-b)均为奇数
此时不妨设(a+b)=2c1,(a-b)=2d1
又∵n=a2-b2=(a+b)(a-b)=4cd2c2d1
∴a2-b2为奇数,即n为奇数.
综上所述:“智慧数”为奇数或4的倍数.
探究2:所有奇数和4的倍数都一定“智慧数”吗?
我们先从最简单的情形入手,从中找到解决问题的方法,最后得出一般性的结论.
先举例几组数值较小,容易验证的“智慧数”(①--⑧),因为“智慧数”不是奇数就是4的倍数,所以我们把这“智慧数”分成两类.
情况1:n是奇数 |
| 分析n=a2-b2 | 结论 |
① | | 3是“智慧数” |
② | | 5是“智慧数” |
③ | | 7是“智慧数” |
④ | | 9是“智慧数” |
…… | …… | …… |
情况2:n是4的倍数 |
| 分析n=a2-b2 | 结论 |
⑤ | | 8是“智慧数” |
⑥ | | 12是“智慧数” |
⑦ | | 16是“智慧数” |
⑧ | | 20是“智慧数” |
…… | …… | …… |
情况1:n是奇数
观察①②③④中n、a、b的值,容易发现,每个算式中,n均是奇数,且a、b的值均为连续的正整数.
猜想:所有奇数都是“智慧数”.
验证:设a=k+1,b=k(k≥1,且k为整数)
∵a2-b2=(k+1)2-k2=2k+1
∴2k+1是“智慧数”
又∵k≥1
∴2k+1≥3,即2k+1表示所有奇数(1除外)
∴所有奇数(1除外)都是“智慧数”
应用:
请直接填空:∵11= 2-2 ∴11是“智慧数”
情况2:n是4的倍数.
观察⑤⑥⑦⑧中n、a、b的值,容易发现,每个算式中,n均是4的倍数,且a、b的差都为2.
猜想:所有4的倍数都是“智慧数”.
验证:设a=k+2,b=k(k≥1,且k为整数)
∵a2-b2=(k+2)2-k2=4k+4
∴4k+4是“智慧数”
又∵k≥1
∴4k+4≥8,即4k+4表示所有4的倍数(4除外)
∴所有4的倍数(4除外)都是“智慧数”
应用:
请直接填空:∵24= 2- 2 ∴24“智慧数”
归纳“智慧数”的发现模型:
⑴对所有的正整数而言,除了1和4之外,其余的奇数以及4的倍数是智慧数.
⑵当1≤n≤4时,只有1个“智慧数”;
当n≥5时,如果把从5开始的正整数按照从小到大的顺序,依次每个连续正整数分成一组(注:组与组之间的数字互不重复),则每组有个“智慧数”,且第个数不是“智慧数”.
问题解决:
直接写出:如果按照从小到大的顺序排列起来,那么第2022个“智慧数”是.
实际应用:
若一个直角三角形纸片三边的长度都是整数厘米,已知一条直角边长是12cm,则这个直角三角形纸片的周长最大是cm.