Tripel Pythagoras

Pythagorean theorem - Ani

Tripel Pythagoras terdiri dari tiga bilangan bulat positif $a$, $b$, dan $c$, sehingga $a^2+b^2=c^2$. Tripel Pythagoras sering kali ditulis $(a,b,c)$, dan contoh-contoh umumnya adalah $(3,4,5)$. Jika $(a,b,c)$ adalah tripel Pythagoras, maka berlaku juga dengan $(ka,kb,kc)$ untuk bilangan bulat positif $k$. Segitiga yang sisinya membentuk tripel Pythagoras adalah segitiga siku-siku, dan dinamai segitiga Pythagoras.

Tripel Pythagoras primitif adalah tripel Pythagoras yang salah satu dari $a$, $b$, dan $c$ adalah bilangan koprima (yaitu, bilangan yang tidak mempunyai faktor persekutuan lebih besar dari 1). Sebagai contoh, $(3,4,5)$ adalah tripel Pythagoras primitif, sedangkan $(6,8,10)$ bukan. Setiap tripel Pythagoras dapat diperbesar menjadi tripel Pythagoras primitif yang tunggal dengan membagi $(a,b,c)$ dengan faktor persekutuan terbesar. Sebaliknya, setiap tripel Pythagoras dapat diperoleh dengan mengalikan anggota tripel Pythagoras primitif dengan bilangan bulat positif (sama halnya berlaku untuk tiga anggota itu).

Namanya berasal dari teorema Pythagoras yang menyatakan bahwa setiap segitiga siku-siku memiliki panjang sisi yang memenuhi rumus $a^2+b^2=c^2$. Karena itu, tripel Pythagoras mengaitkan tiga panjang sisi bilangan bulat dari segitiga siku-siku. Namun, segitiga siku-siku dengan sisi yang bukan bilangan bulat tidak membentuk tripel Pythagoras. Sebagai contoh, bila sisi $a=b=1$ dan $c=\sqrt{2}$ membentuk segitiga siku-siku, maka $(1,1,\sqrt{2})$ bukanlah tripel Pythagora, sebab $\sqrt{2}$ bukanlah bilangan bulat. Selain itu, $1$ dan $\sqrt{2}$ tidak memiliki kelipatan persekutuan bilangan bulat karena $\sqrt{2}$ adalah bilangan irasional.

Tripel Pythagoras sudah diketahui sejak masa kuno. Catatan pertama terkenalnya adalah Plimpton 322, lauh Babylonia sekitar 1800 SM yang ditulis dalam sebuah sistem bilangan seksagesimal. Lauh ini ditemukan oleh Edgar James Banks setelah tahun 1900, dan dijual ke George Arthur Plimpton pada tahun 1922, untuk $10.

Ketika menelusuri penyelesaian bilangan bulat, $a^2+b^2=c^2$ merupakan persamaan Diophantus. Karena itu, tripel Pythagoras merupakan penyelesaian persamaan Diophantus nonlinear yang diketahui sejak lama.

Contoh

Adapun enam belas tripel Pythagoras primitif yang mencapai hingga 100:

$(3,4,5)$	$(5,12,13)$	$(8,15,17)$	$(7,24,25)$
$(20,21,29)$	$(12,35,37)$	$(9,40,41)$	$(28,45,53)$
$(11,60,61)$	$(16,63,65)$	$(33,56,65)$	$(48,55,73)$
$(13,84,85)$	$(36,77,85)$	$(39,80,89)$	$(65,72,97)$

Tripel Pythagoras kecil lainnya seperti $(6,8,10)$ tidak tercantum dari contoh tersebut, karena bukan primitif, sebab $(6,8,10)$ kelipatan dari $(3,4,5)$.

Selain itu, tabel berikut merupakan sisa tripel Pythagoras primitif sampai dengan 300:

$(20,99,101)$	$(60,91,109)$	$(15,112,113)$	$(44,117,125)$
$(88,105,137)$	$(17,144,145)$	$(24,143,145)$	$(51,140,149)$
$(85,132,157)$	$(119,120,169)$	$(52,165,173)$	$(19,180,181)$
$(57,176,185)$	$(104,153,185)$	$(95,168,193)$	$(28,195,197)$
$(84,187,205)$	$(133,156,205)$	$(21,220,221)$	$(140,171,221)$
$(60,221,229)$	$(105,208,233)$	$(120,209,241)$	$(32,255,257)$
$(96,247,265)$	$(69,260,269)$	$(115,252,277)$
$(160,231,281)$	$(161,240,289)$	$(68,285,293)$

Menghasilkan tripel Pythagoras

Rumus Euklides adalah rumus dasar untuk menghasilkan tripel Pythagoras bila diketahui pasangan bilangan bulat sebarang $m$ dan $n$ dengan $m>n>0$. Rumusnya menyatakan bahwa bilangan bulat $$a=m^2-n^2,b=2mn,c=m^2+n^2$$ membentuk tripel Pythagoras. Sebagai contoh, diketahui $m=2$ dan $n=1$, maka rumus Euklides menghasilkan tripel primitif $(3,4,5)$. Tripel yang dihasilkan oleh rumus Euklides adalah primitif jika dan hanya jika $m$ dan $n$ adalah bilangan koprima dan setidaknya salah satunya bilangan genap. Ketika $m$ dan $n$ ganjil, maka $a$, $b$, dan $c$ genap, dan tripel tidak lagi menjadi primitif. Akan tetapi, membagi $a$, $b$, dan $c$ dengan 2 menghasilkan tripel primitf ketika $m$ dan $n$ koprima.

Setiap tripel primitif muncul (setelah pertukaran $a$ dan $b$, jika $a$ adalah genap) dari pasangan tunggal bilangan koprima $m$, $n$, yang salah satunya genap. Ini mengikuti bahwa ada tak terhingga banyaknya tripel Pythagoras primitif. Hubungan $a$, $b$, dan $c$ dengan $m$ dan $n$ dari rumus Eukildes akan dibahas sepanjang sisa artikel ini.

Meskipun menghasilkan semua tripel primitif, rumus Euklides tidak menghasilkan semua tripel, contohnya seperti $(9,12,15)$ tidak dapat dihasilkan menggunakan bilangan bulat $m$ dan $n$. Ini dapat diperbaiki dengan memasukkan parameter tambahan $k$ ke rumusnya. Berikut ini akan menghasilkan semua tripel Pythagoras secara tunggal: $$a=k\cdot (m^2-n^2),b=k\cdot (2mn),c=k\cdot (m^2+n^2)$$ dengan $m$, $n$, dan $k$ adalah bilangan bulat positif dengan $m>n$, serta $m$ dan $n$ adalah koprima dan keduanya bukanlah ganjil.

Mengenai rumus-rumus tersebut yang menghasilkan tripel Pythagoras dapat dibenarkan dengan memperluas $a^2+b^2$ menggunakan aljabar elementer dan membenarkan bahwa hasilnya sama dengan $c^2$. Karena setiap tripel Pythagoras dapat dibagi menjadi lebih kecil lagi dengan bilangan bulat $k$ untuk mendapatkan tripel primitif, setiap tripel dapat dihasilkan secara tunggal dengan menggunakan rumus tersebut dengan $m$ dan $n$ untuk menghasilkan lawan pasangan primitifnya dan kemudian mengalikan dengan $k$ seperti persamaan terakhir.

Memilih $m$ dan $n$ dari barisan bilangan tertentu memberikan hasil yang menarik. Contohnya, jika $m$ dan $n$ adalah bilangan Pell berturut-turut, $a$ dan $b$ memiliki selisih 1.

Banyak rumus-rumus untuk menghasilkan tripel dengan sifat-sifat khusus telah dikembangkan semenjak zaman Euklides.

Bukti rumus Euklides

Kepuasan persyaratan rumus Euklides oleh $a$, $b$, dan $c$ adalah cukup untuk mengubah suatu segitiga menjadi segitiga Pythagoras. Persyaratan tersebut tampaknya berasal dari fakta bahwa untuk bilangan bulat positif $m$ dan $n$, $m>n$, $a$, $b$, dan $c$ yang dinyatakan oleh rumus sama-sama bilangan positif semua. Persyaratan tersebut juga berasal dari fakta bahwa$$a^2+b^2=(m^2-n^2{)}^2+(2mn{)}^2=(m^2+n^2{)}^2=c^2.$$Sebuah bukti keperluannya bahwa $a$, $b$, dan $c$ diungkapkan oleh rumus Euklides untuk suatu tripel Pythagoras primitif adalah sebagai berikut. Semua tripel tersebut dapat ditulis sebagai $(a,b,c)$ dengan $a^2+b^2=c^2$ serta $a$, $b$, dan $c$ koprima. Karena itu, $a$, $b$, dan $c$ adalah koprima sepasangan (jika sebuah bilangan prima dibagi dua dari mereka, hal tersebut juga akan mendorong untuk membagi bilangan yang ketiga). Karena $a$ dan $b$ koprima, setidaknya salah satu darinya bilangan ganjil. Jika seseorang menganggap bahwa $a$ ganjil, maka $b$ genap dan $c$ adalah ganjil (jika $b$ sebelumnya ganjil, $c$ akan menjadi genap, dan $c^2$ akan menjadi sebuah kelipatan dari 4, sedangkan $a^2+b^2$ akan menjadi kongruen dengan 2 modulo 4 sebagai bilangan kuadrat ganjil kongruen dengan 1 modulo 4).

Dari rumus $a^2+b^2=c^2$, diperoleh $c^2-a^2=b^2$. Karena itu didapati $(c-a)(c+a)=b^2$. Maka $\frac{(c+a)}{b}=\frac{b}{(c-a)}$. Karena $\frac{(c+a)}{b}$ adalah bilangan rasional, kita meletakkannya sama dengan $\frac{m}{n}$ dalam bentuk pecahan paling sederhana. Demikian $\frac{(c-a)}{b}=\frac{n}{m}$ yang menjadi timbal balik dari $\frac{(c+a)}{b}$. Lalu menyelesaikan

$\frac{c}{b}+\frac{a}{b}=\frac{m}{n},\frac{c}{b}-\frac{a}{b}=\frac{n}{m}$

untuk $\frac{c}{b}$ dan $\frac{a}{b}$ memberikan

$\frac{c}{b}=\frac{1}{2}(\frac{m}{n}+\frac{n}{m})=\frac{m^2+n^2}{2mn},\frac{a}{b}=\frac{1}{2}(\frac{m}{n}-\frac{n}{m})=\frac{m^2-n^2}{2mn}.$

Karena $\frac{m}{n}$ sudah dalam bentuk paling sederhana, $m$ dan $n$ adalah koprima, dan kedua bilangan tersebut tidak dapat menjadi bilangan genap. Jika keduanya ganjil, pembilang dari $\frac{m^2-n^2}{2mn}$ akan menjadi kelipatan dari 4 (karena sebuah bilangan kuadrat ganjil kongruen dengan 1 modulo 4), dan penyebutnya $2mn$ tidak akan menjadi kelipatan dari 4. Karena 4 akan menjadi faktor genap minimum yang mungkin dalam pembilang dan 2 akan menjadi faktor genap maksimum yang mungkin dalam penyebut, ini menyiratkan $a$ menjadi genap meskipun mendefinisikannya sebagai bilangan ganjil. Oleh karena demikian, salah satu dari $m$ dan $n$ adalah bilangan ganjil dan yang lainnya genap, dan pembilang dari dua pecahan dengan penyebut $2mn$ adalah ganjil. Demikian pecahan-pecahan ini benar-benar dalam bentuk paling sederhana (suatu bilangan prima ganjil membagi penyebut ini membagi salah satu dari $m$ dan $n$, tetapi bukan yang lainnya; jadi, tidak membagi $m^2\pm n^2$). Seseorang dapat menyamakan penyebut dengan pembilang, dan pembilang dengan penyebut, sehingga menghasilkan rumus Euklides$$a=m^2-n^2,b=2mn,c=m^2+n^2$$dengan $m$ dan $n$ adalah koprima dan paritas yang berlawanan.

Sebuah bukti yang lebih panjang tapi lebih umum diberikan dalam Maor (2007) dan Sierpiński (2003). Bukti lain diberikan dalam , sebagai contoh metode umum yang berlaku untuk setiap persamaan Diophantus berderajat dua yang homogen.

Pandangan mengenai parameter dalam rumus Eukildes

Misalkan sisi segitiga Pythagoras memiliki panjang $m^2-n^2$, $2mn$, dan $m^2+n^2$. Misalkan sudut antara sisinya yang memiliki panjang $m^2-n^2$ dan hipotenusa dengan panjang $m^2+n^2$ dinyatakan dengan $\beta$. Maka $\tan \left(\frac{\beta }{2}\right)=\frac{m}{n}$ dan nilai trigonometrik sudut penuhnya adalah $\sin \beta =\frac{2mn}{m^2+n^2}$, $\cos \beta =\frac{m^2-n^2}{m^2+n^2}$, dan $\tan \beta =\frac{2mn}{m^2-n^2}$.

Bentuk lain

Bentuk lain rumus Euklides terkadang lebih cocok, karena terlihat lebih simetris dalam memperhatikan $m$ dan $n$ (sebagai syarat paritas yang sama kedua bilangan tersebut). Jika $m$ dan $n$ adalah sama-sama bilangan bulat ganjil sehingga $m>n$, maka$$a=mn,b=\frac{m^2-n^2}{2},c=\frac{m^2+n^2}{2}$$adalah tiga bilangan bulat yang membentuk tripel Pythagoras, yang merupakan primitif jika dan hanya jika $m$ dan $n$ koprima. Sebaliknya, setiap tripel Pythagoras primitif muncul (setelah pertukaran $a$ dan $b$, jika $a$ adalah genap) dari pasangan tunggal $m>n>0$ dari bilangan bulat ganjil.

Sifat elementer tripel Pythagoras primitif

Sifat umum

Sifat tripel Pythagoras primitif $(a,b,c)$ dengan $a<b<c$ (tanpa menentukan manakah dari $a$ atau $b$ yang genap dan yang ganjil) adalah sebagai berikut:

• $\frac{(c-a)(c-b)}{2}$ selalu bilangan kuadrat sempurna. Karena ini hanya sebuah syarat perlu tapi bukan cukup, ini dapat digunakan dalam memeriksa jika tripel yang diketahui bukanlah tripel Pythagoras. Sebagai contoh, $\{6,12,18\}$ dan $\{1,8,9\}$ memenuhi $\frac{(c-a)(c-b)}{2}$ sebagai bilangan kuadrat sempurna, tapi kedua tripel tersebut bukanlah tripel Pythagoras.
• Ketika tripel $a$, $b$, dan $c$ membentuk tripel Pythagoras primitif, maka ($c$ dikurangi sisi genap) dan satu setengah dari ($c$ dikurangi sisi ganjil) sama-sama bilangan kuadrat sempurna. Namun ini bukanlah sebuah syarat cukup, karena bilangan $\{1,8,9\}$ memenuhi uji bilangan kuadrat sempurna tapi masih bukan tripel karena $1^2+8^2\ne 9^2$.
• Paling banyak salah satu dari $a$, $b$, dan $c$ adalah bilangan kuadrat.
• Luas segitiga Pythagoras tidak dapat menjadi bilangan kuadrat atau dua kali kuadrat bilangan asli.
• Tepat salah satu dari $a$, $b$ habis dibagi oleh 2 (adalah genap); dan hipotenusa $c$ selalu ganjil.
• Tepat salah satu dari $a$, $b$ habis dibagi oleh 3, tapi $c$ tidak.
• Tepat salah satu dari $a$, $b$ habis dibagi oleh 4, tapi $c$ tidak (karena $c$ tidak pernah genap).
• Tepat salah satu dari $a$, $b$, $c$ habis dibagi oleh 5.
• Bilangan terbesar yang selalu membagi $abc$ adalah 60.
• Sebarang bilangan ganjil dari bentuk $2m+1$, dengan $m$ bilangan bulat dan $m>1$, dapat menjadi sisi ganjil tripel Pythagoras primitif. Lihat tripel Pythagoras primitif hampir sama kaki di bagian bawah. Namun, hanya bilangan genap yang habis dibagi oleh 4 dapat menjadi sisi genap tiripel Pythagoras primitif. Ini dikarenakan rumus Euklides untuk sisi genap yang diberikan di atas adalah $2mn$ dan salah satu dari $m$ dan $n$ harus genap.
• Hipotenusa $c$ adalah jumlah dari dua bilangan kuadrat. Ini memerlukan semua faktor prima menjadi bilangan prima dari bentuk $4n+1$. Oleh karena itu $c$ adalah bentuk $4n+1$. Suatu barisan bilangan hipotenusa yang mungkin untuk tripel Pythagoras primitif dapat ditemukan di
• Luasnya ($K=\frac{ab}{2}$) adalah bilangan kongruen yang habis dibagi 6.
• Dalam setiap tripel Pythagoras, jari-jari lingkaran dalam dan jari-jari dari tiga lingkaran singgung luar adalah bilangan asli. Secara spesifik, untuk suatu tripel primitif, jari-jari lingkaran dalam adalah $r=n(m-n)$, dan jari-jari lingkaran singgung luar berlawanan dengan sisi $m^2-n^2$, $2mn$, dan hipotenusa $m^2+n^2$ masing-masing $m(m-n)$, $n(m+n)$, dan $m(m+n)$.
• Adapun suatu segitiga siku-siku, kebalikan teorema Thales mengatakan bahwa diameter lingkaran luar sama dengan hipotenusa. Karena itu untuk suatu tripel primitif, diameter lingkaran luarnya adalah $m^2+n^2$, dan jari-jari lingkaran luar adalah setengahnya serta demikan merupakan bilangan rasional tapi bukan bilangan bulat (karena $m$ dan $n$ memiliki paritas yang berlawanan).
• Ketika luas segitiga Pythagoras dikalikan oleh kelengkungan lingkaran dalamnya dan tiga lingkaran singgung luar masing-masing hasilnya empat bilangan bulat positif $w>x>y>z$. Bilangan bulat $-w,x,y,z$ memenuhi Persamaan Lingkaran Descartes. Secara ekuivalen, jari-jari lingkaran Soddy luar dari suatu segitga siku-siku sama dengan semiperimeternya. Pusat lingkaran Soddy luar terletak di $D$, dengan $ACBD$ adalah persegi panjang, $ACB$ adalah segitiga siku-siku dan $AB$ adalah hipotenusanya.
• Hanya dua sisi tripel Pythagoras primitif dapat dengan secara bersamaan menjadi bilangan prima karena dengan rumus Eukildes yang menghasilkan tripel Pythagoras, salah satu dari sisinya harus bilangan komposit dan bilangan genap. Namun, hanya satu sisi dapat menjadi bilangan bulat pangkat sempurna $p\ge 2$ karena dua sisinya adalah bilangan bulat pangkat sempurna dengan eksponen $p$ yang sama. Hal tersebut bertentangan karena tidak ada solusi bilangan bulat untuk persamaan Diophantus $x^{2p}\pm y^{2p}=z^2$, dengan $x$, $y$, dan $z$ adalah bilangan koprima sepasangan.
• Tidak ada segitiga Pythagoras yang hipotenusa dan suatu sisi adalah sisi segitiga Pythagorasyang lain: ini adalah salah satu dari bentuk ekuivalen teorema segitiga siku-siku Fermat.
• Setiap segitiga Pythagoras primitif memiliki rasio luas $K$ dengan semiperimeter yang dikuadratkan $s$, yang unik dengan sendirinya dan dinyatakan$$\frac{K}{s^2}=\frac{n(m-n)}{m(m+n)}=1-\frac{c}{s}.$$

• Tidak ada segitiga Pythagoras primitif memiliki ketinggian bilangan bulat dari hipotenusanya, yaitu setiap segtiga Pythagoras primitif tidak dapat uraikan lagi.
• Himpunan semua tripel Pythagoras primitif membentuk pohon terner berakar dengan cara pada umumnya; lihat Pohon tripel Pythagoras primitif.
• Sudut lancip segitiga Pythagoras tidak dapat menjadi sebuah bilangan rasional atau derajat. (Ini mengikuti teorema Niven)

Kasus istimewa

Selain itu, adapun tripel Pythagoras khusus dengan sifat-sifat tertentu sebagai berikut:

• Setap bilangan bulat lebih besar dari 2 tidak kongruen dengan 2 mond 4 (dengan kata lain, setiap bilangan bulat lebih besar dari 2 yang bukan dari bentuk $4k+2$) termasuk tripel Pythagoras. (Jika bilangan bulat memiliki bentuk $4k$, seseorang dapat mengambil $n=1$ dan $m=2k$ dalam rumus Eukildes, dan jika blangan bulatnya adalah $2k+1$, seseorang dapat mengambil $n=k$ dan $m=k+1$.)
• Setiap bilangan bulat lebih besar dari 2 termasuk tripel Pythagoras primtif atau non-primitif. Contohnya, bilangan bulat 6, 10, 14, dan 18 tidak termasuk tripel primitif, melainkan termasuk tripel non-prmitif $(6,8,10)$, $(14,48,50)$ dan $(18,80,82)$.
• Terdapat tripel Pythagoras yang tak terhingga banyaknya, yang hipotenusa dan sisi terpanjangnya memiliki selisih tepat satu. Tripel tresebut seharusnya primitif dan memiliki bentuk $(2n+1,2n^2+2n,2n^2+2n+1)$. Hasil tersebut berasal dari rumus Euklides yang mengatakan, syarat tersebut menyiratkan bahwa tripel tersebut adalah primitif dan harus membenarkan $(m^2+n^2)-2mn=1$. Ini menyiratkan $(m-n{)}^2=1$, dan demikian $m=n+1$. Jadi, bentuk di atas dari hasil tripel itu mensubstitusikan $m$ untuk $n+1$ dalam rumus Eukildes.
• Terdapat tripel Pythagoras yang tak terhingga banyaknya yang hipotenusa dan sisi terpanjangnya memilih selisih tepat dua. Tripelnya sama-sama primitif, yang didapati dengan memasukkan $n=1$ dalam rumus Euklides. Lebih umumnya, untuk setiap bilangan bulat $k>0$, terdapat tripel Pythagoras primitif yang tak terhingga banyaknya yang hipotenusa dan sisi ganjil memiliki selisih $2k^2$, yang diperoleh dengan memasukkan $n=k$ dalam rumus Eukildes.
• Terdapat tripel Pythagoras yang tak terhingga banyaknya yang kedua sisinya memiliki selisih tepat satu. Contohnya, $20^2+21^2=29^2$. Adapun tripel tersebut dihasilkan oleh rumus Euklides ketika $\frac{m-n}{n}$ konvergen dengan $\sqrt{2}$.
• Untuk setiap bilangan asli $k$, terdapat tripel Pythagoras $k$ dengan hipotenusa yang berbeda dan luas yang sama.
• Untuk setiap bilangan asli $k$, terdapat tripel Pythagoras primitif $k$ yang berbeda dengan sisi $a$ yang sama, dengan $a$ bilangan asli (panjang dari kaki genap adalah $2mn$, dan cukup untuk memilih $a$ dengan banyak faktorisasi, contohnya $a=4b$, dimana $b$ adalah sebuah darab bilangan bilangan prima ganjil $k$ yang berbeda; setidaknya menghasilkan $2^k$ tripel primitif yang berbeda).
• Untuk setiap bilangan asli $n$, terdapat setidaknya tripel Pythagoras $n$ yang berbeda dengan hipotenusa yang sama.
• Terdapat tripel Pythagoras yang tak terhingga banyaknya dengan bilangan kuadrat untuk keduanya hipotenusa $c$ dan jumlah dari sisi $a+b$. Menurut Fermat, tripel paling terkecil tersebut memiliki sisi $a=4565486027761$, $b=1061652293520$, $c=4687298610289$. Disini $a+b=2372159^2$ dan $c=2165017^2$. Ini dihasilkan oleh rumus Eukildes dengan nilai parameter $m=2150905$ dan $n=246792$.
• Terdapat segitiga Pythagoras non-primitif dengan ketinggian bilangan bulat dari hipotenusa. Segitiga Pythagoras tersebut dikatakan teruraikan karena dapat dipisahkan sepanjang ketinggian itu menjadi dua segitiga Pythagoras yang terpisah dan lebih kecil.

Geometri rumus Eukildes

Titik rasional pada lingkaran satuan

Rumus Euklides untuk tripel Pythagoras

$a=2mn,b=m^2-n^2,c=m^2+n^2$

dapat dipahami dalam pandangan geometri berupa titik rasional pada satuan lingkaran .

Bahkan, suatu titik di bidang Cartesius dengan koordinat $(x,y)$ merupakan milik lingkaran satuan jika $x^2+y^2=1$. Suatu titik adalah rasional jika $x$ dan $y$ adalah bilangan rasional, dalam artian jika terdapat bilangan bulat koprima $a$, $b$, $c$ sehingga

$(\frac{a}{c}{)}^2+(\frac{b}{c}{)}^2=1$.

Dengan mengalikan kedua anggota $c^2$, seseorang dapat memandang bahwa titik rasional pada lingkaran korespondensi satu-ke-satu dengan tripel Pythagoras.

Lingkaran satuan juga dapat didefinisikan oleh persamaan parametrik$$x=\frac{1-t^2}{1+t^2}y=\frac{2t}{1+t^2}.$$

Rumus Eukides untuk tripel Pythagoras dan hubungan inversnya $t=\frac{y}{x+1}$ mengartikan bahwa suatu titik pada lingkaran (kecuali $(-1,0)$ adalah rasional jika dan hanya jika nilai korespondensi dari $t$ adalah bilangan rasional.

Pendekatan stereografik

Adapun terdapat korespondensi di antara titik pada lingkaran satuan dengan koordinat rasional dan tripel Pythagoras primitif. Pada kali ini, rumus Euklides dapat diturunkan dengan menggunakan metode trigonometri ataupun secara ekuivalen menggunakan proyeksi stereografik.

Untuk pendekatan stereografik, misalkan $P^{\prime }$ adalah titik pada sumbu-$x$ dengan koordinat rasional$$P^{\prime }=(\frac{m}{n},0).$$

Maka, dapat ditunjukkan dengan aljabar dasar bahwa titik $P$ memiliki koordinat$$P=(\frac{2\left(\frac{m}{n}\right)}{{\left(\frac{m}{n}\right)}^2+1},\frac{{\left(\frac{m}{n}\right)}^2-1}{{\left(\frac{m}{n}\right)}^2+1})=(\frac{2mn}{m^2+n^2},\frac{m^2-n^2}{m^2+n^2}).$$

Ini menetapkan bahwa setiap titik rasional dari sumbu-$x$ berjalan melewati ke suatu titik rasional lingkaran satuan. Sebaliknya, bahwa setiap titik rasional lingkaran satuan datang dari titik rasional tersebut dari sumbu-$x$, lantaran menerapkan proyeksi stereografik inversnya. Misalkan $P(x,y)$ suatu titik dari lingkaran satuan dengan $x$ dan $y$ bilangan rasional. Maka titik $P^{\prime }$ diperoleh dari proyeksi stereografik pada sumbu-$x$ memiliki koordinat

$(\frac{x}{1-y},0)$

yang merupakan rasional.

Dalam hal geometri aljabar, varietas aljabar dari titik rasional pada lingkaran satuan adalah dwirasional ke garis afin atas bilangan rasional. Karena itu, lingkaran satuan disebut lengkung rasional, dan karena hal tersebut yang memungkinkan parameterisasi eksplisit dari titik (bilangan rasional) padanya melalui fungsi rasional.

Segitiga Pythagoras dalam kekisi berdimensi dua

Kekisi berdimensi dua adalah larik titik terpencil yang beraturan, yang jika suatu titik dipilih sebagai titik origin di bidang koordinat Cartesius $(0,0)$, maka semua titik lainnya ada di $(x,y)$ dengan $x$ dan $y$ berkisars di semua bilangan bulat positif dan negatif. Segitiga Pythagoras dengan tripel $(a,b,c)$ dapat digambar di dalam kekisi berdimensi dua dengan titik di koordinat $(0,0)$, $(a,0)$, dan $(0,b)$. Jumlah titik kekisi yang terletak sempurna di dalam batas dari segitiga dirumuskan $\frac{(a-1)(b-1)-gcd(a,b)+1}{2}$. Untuk tripel Pythagoras primitif, kekisi dalam ini adalah $\frac{(a-1)(b-1)}{2}$. Menurut teorema Pick (yang sama dengan satu kurang dari jumlah titik kekisi dalam ditambah setengah dari jumlah titik kekisi batas), luasnya sama dengan $\frac{ab}{2}$.

Kemunculan dua tripel Pythagoras primitif pertama membagi luas yang sama muncul dengan segitiga dengan sisi $(20,21,29)$, $(12,35,37)$ dan luas umumnya adalah 210 . Kemunculan dua tripel Pythgoras primitif pertama membagi jumlah titik kekisi dalam yang sama muncul dengan $(18108,252685,253333)$, $(28077,162964,165365)$ dan jumlah kekisi dalam adalah 2287674594 . Tiga tripel Pythagoras primitif telah ditemukan membagi luas yang sama: $(4485,5852,7373)$, $(3059,8580,9109)$, $(1380,19019,19069)$ dengan luas 13123110. Hingga kini, tidak ada himpunan dari tiga tripel Pythagoras primitif telah ditemukan membagi jumlah kekisi dalam.

Enumerasi tripel Pythagoras primitif

Berdasarkan rumus Eukildes, semua tripel Pythagoras primitif dapat dihasilkan dari bilangan bulat $m$ dan $n$ dengan $m>n>0$, $m+n$ adalah ganjil dan $\mathrm{FPB}(m,n)=1$. Karena itu terdapat pemetaan satu-ke-satu bilangan rasional (dalam bentuk paling sederhana) ke tripel Pythagoras primitif, dengan$\frac{n}{m}$ ada di dalam selang $(0,1)$ dan $m+n$ ganjil.

Pemetaan terbalik dari tripel primitif $(a,b,c)$, dengan $c>b>a>0$, ke suatu bilangan rasional $\frac{n}{m}$ didapatkan dengan mengetahui dua penjumlahan $a+c$ dan $b+c$. Salah satu dari penjumlahan ini akan menjadi suatu bilangan kuadrat yang dapat disamakan dengan $(m+n{)}^2$ dan lainnya akan menjadi dua kali suatu bilangan kuadrat yang dapat disamakan dengan $2m^2$. Hal tersebut mungkin untuk menentukan bilangan rasional $\frac{n}{m}$.

Untuk menghitung tripel Pythagoras primitif, bilangan rasionalnya dapat dinyatakan sebagai pasangan terurut $(n,m)$ dan dipetakan ke bilangan bulat menggunakan sebuah fungsi pasangan Cantor. Contoh dapat diperlihatkan pada . Dimulai dari $8,18,19,32,33,34,\dots$ yang kemudian memberikan bilangan rasional $\frac{1}{2},\frac{2}{3},\frac{1}{4},\frac{3}{4},\frac{2}{5},\frac{1}{6},\dots$, dan pada akhirnya menghasilkan tripel primitif $(3,4,5),(5,12,13),(8,15,17),(7,24,25),(20,21,29),(12,35,37),\dots$.

Spinor dan grup modular

Tripel Pythagoras juga dapat dikodekan menjadi matriks persegi yang berbentuk$$X=\left[\begin{array}{cc}c+b& a\\ a& c-b\end{array}\right].$$Matriks berbentuk seperti itu adalah simetrik. Lebih lanjut, determinan $X$ adalah$$detX=c^2-a^2-b^2$$yang hasilna tepat nol ketika $(a,b,c)$ adalah tripel Pythagoras. Jika $X$ korespondensi dengan tripel Pythagoras, maka matriks tersebut harus memiliki peringkat 1. Karena $X$ simetrik, hasil dalam aljabar linear bahwa terdapat sebuah vektor kolom $\xi ={\left[\begin{array}{cc}m& n\end{array}\right]}^T$ sehingga hasil kali luar berlaku, dengan $T$ melambangkan transpos matriks. Vektor $\xi$ disebut spinor (untuk grup Lorentz $\mathrm{S}\mathrm{O}(1,2)$). Dalam penjelasan yang abstrak, rumus Euklides mengartikan setiap tripel Pythagoras primitif dapat ditulis sebagai hasil luar suatu spinor dengan sendirinya, yang memiliki entri bilangan bulat seperti pada ().

Grup modular $\Gamma$ adalah himpunan matriks 2×2 yang memiliki entri bilangan bulat

$A=\left[\begin{array}{cc}\alpha & \beta \\ \gamma & \delta \end{array}\right]$

yang determinannya sama dengan satu: $\alpha \delta -\beta \gamma =1$. Himpunan ini membentuk grup, karena invers matriks di $\Gamma$ lagi-lagi sama dengan $\Gamma$, yang merupakan hasil kali dua matriks di $\Gamma$. Grup modular bertindak pada koleksi semua spinor bilangan bulat. Lebih lanjut, grup adalah transitif pada kumpulan spinor bilangan bulat dengan entri-entri relatif prima. Karena jika ${\left[\begin{array}{cc}m& n\end{array}\right]}^T$ memiliki entri yang relatif prima, maka

$\left[\begin{array}{cc}m& -v\\ n& u\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}m\\ n\end{array}\right]$

dengan $u$ dan $v$ dipilih (menurut algoritma Euklides) sehingga $mu+nv=1$.

Dengan bertindak pada spinor $\xi$ di (), tindakan $\Gamma$ mengubah tindakan pada tripel Pythagoras, asalkan seseorang memungkinkan tripel yang kemungkinannya memiliki komponen negatif. Dengan demikian, jika $A$ adalah matriks di $\Gamma$, maka

menyebabkan tindakan pada matriks $X$ di (). Ini tidak memberikan suatu tindakan didefinisikan dengan baik pada tripel primitif, karena dapat mengambil tripel primitif ke yang non-primitif. Sekarang, pernyataan tersebut pantas (menurut ) untuk menyebut suatu tripel $(a,b,c)$ standar jika $c>0$ dan baik $(a,b,c)$ relatif prima maupun $(\frac{a}{2},\frac{b}{2},\frac{c}{2})$ relatif prima dengan $\frac{a}{2}$ ganjil. Jika spinornya ${\left[\begin{array}{cc}m& n\end{array}\right]}^T$ memiliki entri yang relatif prima, maka tripel yang diiiringi $(a,b,c)$ ditentukan oleh () adalah tripel standar. Ini mengikuti bahwa tindakan grup modular adalah transitif pada himpunan tripel standar.

Secara bergantian, perhatian yang melarang untuk nilai-nilai $m$ dan $n$ supaya $m$ ganjil dan $n$ genap. Misalkan subgrup $\Gamma (2)$ dari $\Gamma$ adalah kernel dari kehomomorfan grup$$\Gamma =\mathrm{S}\mathrm{L}(2,𝐙)\to \mathrm{S}\mathrm{L}(2,{𝐙}_2)$$dengan $\mathrm{S}\mathrm{L}(2,{\mathbb{Z}}_2)$ adalah grup linear khusus atas medan hingga ${\mathbb{Z}}_2$ dari bilangan bulat modulo 2. Maka $\Gamma (2)$ adalah grup transformasi unimodular yang mempertahankan paritas setiap entri. Demikian, jika entri pertama $\xi$ ganjil dan entri kedua genap, maka berlaku juga untuk $A\xi$ untuk semua $A\in \Gamma (2)$. Bahkan, di bawah tindakan (), grup $\Gamma (2)$ bertindak secara transitif pada koleksi tripel Pythagoras primitif .

Grup $\Gamma (2)$ merupakan grup bebas yang pembangkitnya adalah matriks$$U=\left[\begin{array}{cc}1& 2\\ 0& 1\end{array}\right],L=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 2& 1\end{array}\right].$$ .

Akibatnya, setiap tripel Pythagoras primitif dapat diperoleh dalam cara yang unik sebagai hasil kali salinan matriks $U$ dan $L$.

Hubungan induk atau anak

Melalui , semua tripel Pythagoras primitif dapat dihasilkan dari segitiga $(3,4,5)$ dengan menggunakan tiga transformasi linear $T_1$, $T_2$, $T_3$ berikut, dengan $a,b,c$ adalah sisi tripel:

	sisi baru $a$	sisi baru $b$	sisi baru $c$
$T_1$	$a-2b+2c$	$2a-b+2c$	$2a-2b+3c$
$T_2$	$a+2b+2c$	$2a+b+2c$	$2a+2b+3c$
$T_3$	$-a+2b+2c$	$-2a+b+2c$	$-2a+2b+3c$

Dengan kata lain, setiap tripel primitif akan menjadi sebuah "induk" untuk tiga tripel primitif lainnya. Mulai dari simpul awal dengan $a=3$, $b=4$, $c=5$, operasi $T_1$ menghasilkan tripel bar$$(3-(2\times 4)+(2\times 5),(2\times 3)-4+(2\times 5),(2\times 3)-(2\times 4)+(3\times 5))=(5,12,13)$$dan dengan cara yang serupa $T_2$ dan $T_3$ menghasilkan tripel $(21,20,19)$ dan $(15,8,17)$.

Transformasi linear $T_1$, $T_2$, dan $T_3$ memiliki sebuah pandangan geometris dalam pengertian bentuk kuadrat. Mereka sangat berkaitan dengan (tetapi tidak sama dengan) cerminan yang menghasilkan grup ortogonal $x^2+y^2-z^2$ atas bilangan bulat.

Hubungan dengan bilangan bulat Gauss

Secara bergantian, rumus Eukildes dapat dianalisis dan dibuktikan menggunakan bilangan bulat Gauss. Bilangan bulat Gauss adalah bilangan kompleks dari bentuk $\alpha =u+vi$, dengan $u$ dan $v$ adalah bilangan bulat biasa dan $i$ adalah akar kuadrat dari negatif satu. Satuan bilangan bulat Gauss adalah $\pm 1$ dan $\pm i$. Bilangan bulat biasa disebut bilangan bulat rasional dan dilambangkan sebagai $\mathbb{Z}$. Bilangan bulat Gauss dilambangkan sebagai $\mathbb{Z}[i]$. Ruas kanan teorema Pythagoras dapat difaktorkan dalam bilangan bulat Gauss:$$c^2=a^2+b^2=(a+bi)\overline{(a+bi)}=(a+bi)(a-bi).$$

Tripel Pythagoras primitif adalah suatu tripel dengan $a$ dan $b$ adalah koprima, dalam pengertian mereka tidak membagi faktor bilangan prima dalam bilangan bulat. Untuk tripel tersebut, baik $a$ maupun $b$ genap, dan sisanya ganjil. Ini mengikuti bahwa $c$ juga ganjil.

Dua faktor tripel Pythagoras $z:=a+bi$ dan $z^{\star }:=a-bi$ masing-masing sama dengan kuadrat bilangan Gauss. Ini dapat dibuktikan menggunakan sifat bahwa setiap bilangan bulat Gauss dapat difaktorkan secara unik menjadi bilangan prima Gauss dengan memperhatikan satuan. (Secara kasar, faktorisasi tunggal ini diakibatkan versi algoritma Eukildes yang dapat didefinisikan padanya.) Bukti tersebut memiliki tiga langkah. Pertama, jika $a$ dan $b$ sama-sama tidak membagikan faktor prima dalam bilangan bulat, maka mereka juga tidak membagikan faktor prima dalam Gauss. (Asumsi $a=gu$ dan $b=gv$ dengan bilangan bulat Gauss $g$, $u$, dan $v$ serta $g$ bukanlah satuan. Maka $u$ dan $v$ terletak pada garis yang sama melalui titik asalnya. Semua bilangan bulat Gauss pada garis tersebut merupakan kelipatan bilangan bulat mengenai suatu bilangan bulat Gauss $h$. Namun kemudian bilangan bulat $gh\ne \pm 1$ membagi $a$ dan $b$.) Kedua, ini mengikuti bahwa $z$ dan $z^{\star }$ juga tidak membagikan faktor prima dalam bilangan bulat Gauss. Karena jika melakukannya, maka faktor persekutuan $\delta$ juga akan membagi $z+z^{\star }=2a$ dan $z-z^{\star }=2ib$. Karena $a$ dan $b$ adalah koprima, ini menyiratkan bahwa $\delta$ membagi $2=(1+i)(1-i)=i(1-i^2)$. Dari rumus $c^2=z{z}^{\star }$, yang kenyataannya menyiratkan bahwa $c$ genap. Ketiga, karena $c^2$ adalah bilangan kuadrat, setiap bilangan prima Gauss dalam faktorisasinya berganda, dalam artian muncul jumlah perkalian yang genap. Karena $z$ dan $z^{\star }$ tidak membagikan faktor prima, pengandaan ini juga benar untuknya. Karena itu, $z$ dan $z^{\star }$ adalah bilangan kuadrat.

Dengan demikian, faktor pertamanya dapat ditulis$$a+bi=\epsilon {(m+ni)}^2,\epsilon \in \{\pm 1,\pm i\}.$$Bagian real dan imajiner persamaan ini memberikan dua rumus:$$\{\begin{array}{cc}\epsilon =+1,& a=+(m^2-n^2),b=+2mn\\ \epsilon =-1,& a=-(m^2-n^2),b=-2mn\\ \epsilon =+i,& a=-2mn,b=+(m^2-n^2)\\ \epsilon =-i,& a=+2mn,b=-(m^2-n^2)\end{array}$$

Untuk suatu tripel Pythagoras primitif, pasti ada bilangan bulat $m$ dan $n$ sehingga kedua persamaannya terpenuhi. Karena itu, setiap tripel Pythagoras dapat dihasilkan untuk suatu pemilihan bilangan bulat tersebut.

Sebagai bilangan bulat Gauss kuadrat sempurna

Jika seseorang menganggap kuadrat bilangan bulat Gauss, seseorang secara langsung mendapatkan pandangan rumus Eukildes sebagai wakilan kuadrat sempurna bilangan Gauss, sebagai berikut:$$(m+ni{)}^2=(m^2-n^2)+2mni.$$Karena bilangan bulat Gauss adalah sebuah domain Eukildes dan bilangan bulat Gauss $p$, ${\left|p\right|}^2$, selalu bilangan kuadrat ini, sangat mungkin untuk menunjukkan bahwa tripel Pythagoras korespondensi dengan kuadrat bilangan bulat Gauss prima jika hipotenusanya bilangan prima.

Jika bilangan bulat Gauss bukanlah bilangan prima, maka bilangan bulat Gauss sama dengan hasil kali dua bilangan bulat Gauss $p$ dan $q$ dengan bilangan bulat ${\left|p\right|}^2$ dan ${\left|q\right|}^2$. Karena besarannya dikalikan dalam bilangan bulat Gauss, hasil kalinya harus $\left|p\right|\left|q\right|$, yang ketika dikuadratkan untuk mencari sebuah tripel Pythagoras harus komposit. Kontrapositifnya melengkapi pembuktiannya.

Sebaran tripel

Terdapat sejumlah hasil sebaran tripel Pythagoras. Dalam scatter plot, jumlah pola yang terlihat jelas. Setiap kali sisi tripel primitif $(a,b)$ muncul pada plot, semua kelipatan bilangan bulat $(a,b)$ juga muncul dalam plot, dan sifat ini menampilkan garis yang memancar dari titik asalnya pada diagram.

Dalam plot tersebut, ada himpunan pola parabolis dengan densitas titik yang tinggi dan semua fokus yang terletak di titik asalnya, yang menampilkan semua empat arah. Parabola yang berbeda memotong pada sumbu dan terlihat mencerminkan sumbu dengan sudut insidensi 45 derajat, dengan parabola ketiga bergerak dengan tegak lurus. Dalam kuadran ini, setiap busur yang terpusat di titik asalnya menunjukkan bahwa bagian dari parabola yang terletak di antara ujungnya dan perpotongannya dengan semi-lactus rectum.

Pola tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Jika $\frac{a^2}{4n}$ adalah bilangan bulat, maka $(a,|n-\frac{a^2}{4n}|,n+\frac{a^2}{4n})$ sebuah tripel Pythagoras. (Bahkan setiap tripel Pythagoras $(a,b,c)$ dapat ditulis melalui cara tersebut dengan bilangan bulat $n$, yang mungkin setelah pertukaran $a$ dan $b$, dan kurva padanan dengan $a$ dan $b$. Jika $a$ beragam yang diketahui nilai $n$ (yaitu, pada parabola yang diketahui), nilai bilangan bulat $b$ sering kali berlangsung secara relatif jika $n$ bilangan kuadrat atau semua kelipatan kecil dari bilangan kuadrat. Jika nilai-nilai tersebut terletak secara berdekatan, maka parabola padanan hampir berimpit, dan kluster tripel di garis parabolik yang sempit. Sebagai contoh $38^2=1444$, $2\times 27^2=1458$, $3\times 22^2=1452$, $5\times 17^2=1445$ dan $10\times 12^2=1440$, maka pita parabolik padanan sekitar $n\approx 1450$ terlihat jelas pada plot.

Sifat sudut digambarkan di atas mengikuti dengan seketika dari bentuk parabola yang fungsional. Parabolanya dicerminkan pada sumbu-$a$ pada $a=2n$, dan turunan $b$ terhadap $a$ pada titik ini adalah $-1$, karena itu sudut insidensinya adalah $45^{\circ }$. Karena kluster seperti semua tripel berulang pada kelipatan bilangan bulat, nilai $2n$ juga korespondensi dengan sebuah kelompok. Parabola padanan memotong sumbu-$b$ pada sudut siku-siku di $b=2n$, dan karena itu cerminannya setelah pertukuaran $a$ dan $b$ memotong sumbu-$a$ pada sudut siku-siku di $a=2n$, tepat ketika parabola untuk $n$ dicerminkan pada sumbu-$a$. (Hal yang sama tentunya juga benar untuk pertukaran $a$ dan $b$.)

Albert Fässler dan beberapa matematikawan lainnya memberikan pemahaman lebih lanjut tentang pengertian parabola tersebut dalam konteks pemetaan konformal.

Kasus khusus dan persamaan yang berkaitan

Barisan Platonik

Kasus $n=1$ dari konstruksi tripel Pythagoras yang lebih umum untuk waktu yang lama. Proclus, dalam komentarnya untuk Proposisi ke-47 dari buku pertama Eukildes's Elements, digambarkan sebagai berikut:

Metode tertentu untuk penemuan segitiga mengenai jenis ini diturunlan, salah satunya yang mana mereka merujuk ke Plato, dan lainnya ke Pythagoras. (Yang terakhir) dimulai dari bilangan ganjil. Untuk membuatnya bilangan ganjil lebih kecil dari sisi-sisi mengenai sudut siku-siku, maka ini mengambil kuadratnya, mengurangi persatuan dan memuat setengah beda lebih besar dari sisi-sisi mengenai sudut siku-siku; terakhir ini menambakan persatuan untuk ini dan demikian membentuk sisi-sisi yang tersisa. ...Untuk meotde Plato berdebat dari bilangan genap. Ini mengambil diberikan bilangan genap dan membuatnya salah satu dari sisi-sisi mengenai sudut siku-siku; maka, membagi dua bilangan ini dan menguadratkan bentuk hipotenusa, dan mengurangi persatuannya dari bilangna kuadat untuk membentuk sisi lainnya mengenai sudut siku-siku. ...Demikian ini membentuk segitiga yang sama yang diperoleh oleh metode lainnya.

Dalam bentuk persamaan, ini menjadi:

$a$ adalah ganjil (Pythagoras, sekitar 540 SM):

$\text{sisi }a:\text{sisi }b=\frac{a^2-1}{2}:\text{sisi }c=\frac{a^2+1}{2}$.

$a$ adalah genap (Plato, sekitar 380 SM):

$\text{sisi }a:\text{sisi }b={\left(\frac{a}{2}\right)}^2-1:\text{sisi }c={\left(\frac{a}{2}\right)}^2+1$.

Ini dapat ditunjukkan bahwa semua tripel Pythagoras dapat diperoleh, dengan skala ulang yang sesuai, dari barisan Platonic dasar $(a,\frac{a^2-1}{2}\text{ dan }\frac{a^2+1}{2})$ dengan memungkinkan $a$ untuk mengambil nilai rasional bukan bilangan bulat. Jika $a$ digantikan dengan pecahan $\frac{m}{n}$ dalam barisan, hasilnya sama dengan pembangkit tripel 'standar' $(2mn,m^2-n^2,m^2+n^2)$ setelah skala ulang. Ini mengikuti bahwa setiap tripel memiliki sebuah rasional padanan nilai $a$ yang dapat digunakan untuk menghasilkan sebuah segitiga sebangun (satu dengan tiga sudut yang sama dan dengan sisi-sisi dalam proposisi yang sama sebagai asalnya). Contohnya, setara Platonic $(56,33,65)$ dihasilkan oleh $a=\frac{m}{n}=\frac{7}{4}$ sebagai $(a,\frac{a^2-1}{2},\frac{a^2+1}{2})=(\frac{56}{32},\frac{33}{32}.\frac{65}{32})$. Barisam Platonic sendiri dapat diturunkan dengan mengikuti langkah-langkah untuk "memisahkan kuadrat' digambarkan dalam Diophantus II. VIII.

Persamaan Jacobi–Madden

Persamaan,

$a^4+b^4+c^4+d^4=(a+b+c+d{)}^4$

setara dengan tripel Pythagoras khusus

$(a^2+ab+b^2{)}^2+(c^2+cd+d^2{)}^2=((a+b{)}^2+(a+b)(c+d)+(c+d{)}^2{)}^2$.

Ada sebuah jumlah penyelesaian yang takterhingga untuk persamaan ini karena meyelesaikan untuk peubahnya melibatkan sebuah kurva eliptik. Yang kecil adalah,

$a,b,c,d=-2634,955,1770,5400$

Jumlah sama dari dua jumlah bilangan kuadrat

Salah satu untuk menghasilkan penyelesaian untuk $a^2+b^2=c^2+d^2$ adalah untuk mengukur $a,b,c,d$ dalam suku bilangan bulat $m,n,p,q$ sebagai berikut:

$(m^2+n^2)(p^2+q^2)=(mp-nq{)}^2+(np+mq{)}^2=(mp+nq{)}^2+(np-mq{)}^2$

Jumlah sama dari dua bilangan pangkat empat

Diberikan dua himpunan tripel Pythagoras,

$(a^2-b^2{)}^2+(2ab{)}^2=(a^2+b^2{)}^2$

$(c^2-d^2{)}^2+(2cd{)}^2=(c^2+d^2{)}^2$

masalah mencari hasilkali yang sama mengenai sebuah sisi takhipotenusa dan hipotenusanya,

$(a^2-b^2)(a^2+b^2)=(c^2-d^2)(c^2+d^2)$

dengan mudah dilihat menjadi setara dengan persamaannya,

$a^4-b^4=c^4-d^4$

dan pertama kali dipecahkan oleh Euler sebagai $a,b,c,d=133,59,158,134$. Karena beliau menunjukkan ini adalah sebuah titik rasional dalam sebuah kurva eliptik, maka ada sebuah jumlah penyelesaian yang takhingga. Faktanya, dia juga menemukan sebuah parameterisasi polinomial derajat 7.

Teorema Lingkaran Descartes

Untuk kasus teorema lingkaran Descartes dimana semua peubah adalah bilangan kuadrat,

$2(a^4+b^4+c^4+d^4)=(a^2+b^2+c^2+d^2{)}^2$

Euler menunjukkan ini adalah setara dengan tiga tripel Pythagoras simultan,

$(2ab{)}^2+(2cd{)}^2=(a^2+b^2-c^2-d^2{)}^2$

$(2ac{)}^2+(2bd{)}^2=(a^2-b^2+c^2-d^2{)}^2$

Terdapat juga jumlah penyelesaian yang takterhingga, dan untuk kasus khusus dimana $a+b=c$, maka persamaannya menyederhanakan ke,

dengan penyelesaian yang kecil sebagai $a,b,c,d=3,5,8,14$ dan dapat dipecahkan sebagai bentuk kuadratik biner.

tripel Pythagoras hampir sama kaki

Tidak ada tripel Pythagoras adalah sama kaki, karena rasio dari hipotenusa untuk salah satu sisi lainnya adalah , tapi tidak dapat diungkapkan sebagia rasio 2 bilangan bulat.

Itu adalah, nbnamun, segitiga bersudut siku-siku dengan sisi integral untuk yang panjangnya dari sisi takhipotenusa berbeda dengan satunya, seperti,

$3^2+4^2=5^2$

dan jumlah lainnya takterhingga. Mereka dapat diukur lengkap sebagai,

${\left(\frac{x-1}{2}\right)}^2+{\left(\frac{x+1}{2}\right)}^2=y^2$

dimana $\{x,y\}$ adalah penyelesaian untuk persamaan Pell $x^2-2y^2=-1$

Jika $a$, $b$, $c$ adalah sisi-sisi tipe ini mengenai tripel Pythagoras primitif, maka penyelesaian untuk persamaan Pell diberikan oleh rumus rekursif

$a_n=6a_{n-1}-a_{n-2}+2$ dengan $a_1=3$ dan $a_2=20$

$b_n=6b_{n-1}-b_{n-2}-2$ dengan $b_1=4$ dan $b_2=21$

$c_n=6c_{n-1}-c_{n-2}$ dengan $c_1=5$ dan $c_2=29$.

Barisan ini mengenai tripel Pythagoras primitif membentuk batang pusat dari pohon terner berakar mengenai tripel Pythagoras primitif.

Ketika ini sisi takhipotenusa yang panjang dan hipotenusa yang berbeda dengan satunya, seperti di

$5^2+12^2=13^2$

$7^2+24^2=25^2$

maka penyelesaian lengkap untuk tripel Pythagoras primitif $a$, $b$, $c$ adalah

$a=2m+1$, $b=2m^2+2m$, $c=2m^2+2m+1$

dan

$(2m+1{)}^2+(2m^2+2m{)}^2=(2m^2+2m+1{)}^2$

dimana bilangan bulat $m>0$ adalah parameter pembangkit.

Ini menunjukkan bahwa semua bilangan ganjil (lebih dari 1) muncul dalam tipe ini mengenai tripel Pythagoras primitif hampir sama kaki. Barisan tripel Pythagoras ini membentuk batang luar sisi sebelah kanan dari pohon terner berakar mengenai tripel Pythgoras primitif.

Sifat tipe ini lainnya mengenai tripel Pythagoras primtiif hampir sama kaki adalah bahwa sisi-sisinya berkaitan sehingga

$a^b+b^a=Kc$

untuk suatu bilangan bulat $K$. Atau dengan kata lain $a^b+b^a$ habis dibagi oleh $c$ seperti di

$\frac{5^{12}+12^5}{13}=18799189$.

Bilangan Fibonacci dalam tripel Pythagoras

Dimulai dengan 5, setiap bilangan Fibonacci adalah panjang dari hipotenus segitiga siku-siku dengan sisi bilangan bulat, atau dengan kata lain, bilangan terbesar dalam sebuah tripel Pythagoras, diperoleh dari rumus

$(F_n{F}_{n+3}{)}^2+(2F_{n+1}{F}_{n+2}{)}^2=F_{2n+3}^2$.

Barisan segitiga Pythagiras diperoleh dari rumus ini memiliki sisi panjang

$(3,4,5),(5,12,13),(16,30,34),(39,80,89),\dots$

Sisi tengah mengenai setiap segitiga ini adalah jumlah dari tiga sisi dari segitiga sebelumnya.

Perampatan

Terdapat beberapa cara untuk merampat konsep tripel Pythagoras.

Rangkap-n Pythagoras

Menggunakan identitas aljabar sederhana,

$(x_1^2-x_0{)}^2+(2x_1{)}^2{x}_0=(x_1^2+x_0{)}^2$

untuk sebarang $x_0$, $x_1$, ini mudah untuk membuktikan bahwa bilangan kuadrat dari jumlah kuadrat $n$ adalah jumlah kuadrat $n$ itu sendiri dengan memisalkan $x_0=x_2^2+x_3^2+\dots +x_n^2$ dan kemudian mendistribusikan suku-suku. Salah satunya dapat lihat bagaimana tripel dan rangkap empat Pythagoras hanyalah kasus khusus $x_0=x_2^2$ dan $x_0=x_2^2+x_3^2$, masing-masing, dan seterusnya untuk $n$ lain, dengan rangkap lima diberikan oleh

$(a^2-b^2-c^2-d^2{)}^2+(2ab{)}^2+(2ac{)}^2+(2ad{)}^2=(a^2+b^2+c^2+d^2{)}^2$.

Karena jumlah $F(k,m)$ mengenai bilangan kuadrat berturutan $k$ diawali dengan $m^2$ diberikan oleh rumus,

$F(k,m)=km(k-1+m)+\frac{k(k-1)(2k-1)}{6}$

salah satunya dapat mencari nilai $(k,m)$ sehingga $F(k,m)$ adalah sebuah bilangan kuadrat, seperti saklah satunya oleh Hirschhorn dimana jumlah suku-suku adalah sebuah bilangan kuadrat itu sendiri,

$m=\frac{v^4-24v^2-25}{48}$, $k=v^2$, $F(m,k)=\frac{v^5+47v}{48}$

dan $v\ge 5$ adalah suatu bilangan bulat tidak habs dibagi oleh 2 atau 3. Untuk kasus terkecil $v=5$, karena $k=25$, ini menghasilkan masalah pengepakan peluru meriam terkenal dari Lucas.

$0^2+1^2+2^2+\dots +24^2=70^2$

sebuah fakta yang terhubung dengan kekisi Leech.

Sebagai tambahan, jka dalam sebuah rangkap-$n$ Pythagoras ($n\ge 4$), semua penambahan adalah berturutan kecuali satu, satunya dapat menggunakan persamaannya,

$F(k,m)+p^2=(p+1{)}^2$

Karena pangkat dua $p$ membatalkan, ini hanya linear dan dengan mudah dipecahkan sebab ketika $p=\frac{F(k,m)-1}{2}$ meskipun $k$, $m$ seharusnya dipilih sehingga $p$ adalah sebuah bilangan bulat, dengan sebuah contoh kecil menjadi $k=5$, $m=1$ menghasilkan,

$1^2+2^2+3^2+4^2+5^2+27^2=28^2$

Demikian, salah satu cara untuk menghasilkan rangkap-$n$ Pythagoras adalah dengan menggunakan, untuk berbagai $x$,

$x^2+(x+1{)}^2+\cdots +(x+q{)}^2+p^2=(p+1{)}^2$,

dimana $q=n-2$ dan dimana

$p=\frac{(q+1)x^2+q(q+1)x+\frac{q(q+1)(2q+1)}{6}-1}{2}$.

Rangkap empat Pythgoras

Sebuah himpunan empat bilangan bulat positif $a$, $b$, $c$, dan $d$ sehingga $a^2+b^2+c^2=d^2$ disebut rangkap empat Pythagoras. Contoh paling sederhananya adalah $(1,2,2,3)$, karena $1^2+2^2+2^2=3^2$. Contoh (primitif) paling sederhana berikutnya adalah $(2,3,6,7)$ karena $2^2+3^2+6^2=7^2$.

Semua rangkap empat diberikan oleh rumus

$(m^2+n^2-p^2-q^2{)}^2+(2mq+2np{)}^2+(2nq-2mp{)}^2=(m^2+n^2+p^2+q^2{)}^2$.

Teorema Terakhir Fermat

Sebuah perampatan dari konsep tripel Pythagoras adalah penelusuran untuk tripel bilangan bulat positif $a$, $b$, dan $c$ , sehingga $a^n+b^n=c^n$, untuk suatu $n$ sempurna lebih besar dari 2. Pierre de Fermat pada tahun 1637 mengklaim bahwa seperti tripel itu tidak ada, sebuah klaim yang datang diketahui sebagai Teorema Terakhir Fermat karena ini mengambil lebih lama dari suatu konjektur lainnya oleh Fermat untuk dibuktikan atau dibantah. Bukti pertama diberikan oleh Andrew Wiles pada tahun 1994.

Menjumlahkan bilangan pangkat ke-n-1 atau n untuk sebuah bilangan pangkat n

Perampatan lainnya adalah penelusuran untuk barisan bilangan bulat positif $n+1$ untuk yang bilangan pangkat ke-$n$ terakhirnya adalah jumlah pangkat ke-$n$ dari suku sebelumnya. Barisan terkecil untuk nilai $n$ yang dikenal adalah:

• $n=3:\{3,4,5;6\}$
• $n=4:\{30,120,272,315;353\}$
• $n=5:\{19,43,46,47,67;72\}$
• $n=7:\{127,258,266,413,430,439,525;568\}$
• $n=8:\{90,223,478,524,748,1088,1190,1324;1409\}$

Untuk kasus $n=3$, di mana $x^3+y^3+z^3=w^3$, disebut kubik Fermat, sebuah rumus umum ada memberikan semua penyelesaian.

Sebuah sedikit perampatan yang berbeda memungkinkan jumlah pangkat ke-$(k+1)$ menyamakan jumlah pangkat ke-$(n-k)$. Contohnya:

• $(n=3):1^3+12^3=9^3+10^3$, dibuat terkenal oleh ingatan Hardy mengenai sebuah percakapan dengan Ramanujan tentang bilangan 1729 menjadi bilangan terkecil yang dapat diungkapkan sebagai sebuah jumlah dua kubik dalam dua cara yang berbeda.

Ini juga ada bilangan bulat positif $n-1$ yang jumlah pangkat ke-$n$ (meskipun, oleh teorema terakhir Fermat, bukan untuk $n=3$); ini adalah contoh berlawanan dengan jumlah Euler mengenai konjektur pangkat. Contoh berlawanan terkecil yang dikenal adalah

• $n=4:(95800,217519,414560;422481)$
• $n=5:(27,84,110,133;144)$

tripel segitiga Heron

Sebuah segitiga Heron biasanya didefinisikan sebagai salah satunya dengan sisi bilangan bulat yang luasnya juga sebuah bilangan bulat, dan kita harus menganggap segitiga Heron dengan sisi bilangan bulat yang berbeda. Panjang dari sisi seperti sebuah segitiga membentuk sebuah tripel Heron $(a,b,c)$ disediakan $a<b<c$. Setiap tripel Pythagoras adalah sebuah tripel Heron, karena setidaknya salah satu dari kaki $a$, $b$ harus menjadi genap dalam sebuah tripel Pythagoras, jadi luasnya $\frac{ab}{2}$ adalah sebuah bilangan bulat. Tidak setiap tripel Heorn adalah sebuah tripel Pythagoras, tetapi, sebagai contoh $(4,13,15)$ dengan luas 24 yang ditunjukkan.

Jika $(a,b,c)$ adalah sebuah tripel Heron, begitu juga $(ma,mb,mc)$ dimana $m$ adalah suatu bilangan bulat positif; luasnya akan menjadi bilangan bulat yaitu $m^2$ dikali luas bilangan bulat dari segitiga $(a,b,c)$. tripel Heron $(a,b,c)$ adalah primitif disediakan $a$, $b$, $c$ adalah koprima sehimpunan. (Dengan tripel Pythagoras primitif, pernyataan yang lebih kuat yang mereka adalah koprima sepasangan juga menerapkan, tapi dengan segitiga Heron primitif, pernyataan yang lebih kuat tidak selalu berlaku benar, seperti dengan $(7,15,20)$.) Disini ada beberapa tripel Heron primitif paling sederhana yang bukan tripel Pythagoras:

$(4,13,15)$ dengan luas $24$

$(3,25,26)$ dengan luas $36$

$(7,15,20)$ dengan luas $42$

$(6,25,29)$ dengan luas $60$

$(11,13,20)$ dengan luas $66$

$(13,14,15)$ dengan luas $84$

$(13,20,21)$ dengan luas $126$

Oleh rumus Heron, syarat tambahan untuk sebuah tripel bilangan bulat $(a,b,c)$ dengan $a<b<c$ menjadi Heron adalah

$(a^2+b^2+c^2{)}^2-2(a^4+b^4+c^4)$

atau dengan setara

$2(a^2{b}^2+a^2{c}^2+b^2{c}^2)-(a^4+b^4+c^4)$

menjadi bilangan kuadrat sempurna taknol habis dibagi 16.

Penerapan untuk kriptografi

tripel Pythagoras primitif telah digunakan dalam kriptografi sebagai barisan acak dan untuk generasi kunci.

Lihat pula

• Aritmetika modular
• Batu bata Euler
• Bilangan prima Pythagoras
• Bilangan takhipotenusa
• Diophantus II. VIII
• Identitas trigonometrik
• Kongruum
• Masalah tripel Pythagoras Boole
• Plimpton 322
• tripel Eisenstein
• Rangkap empat Pythagoras
• Rumus setengah sudut tangen
• Segitiga bilangan bulat
• Segitiga Heron
• Teorema 90 Hilbert

Pranala luar

• Clifford Algebras and Eukildes's Parameterization of Pythagorean triples
• Curious Consequences of a Miscopied Quadratic
• Discussion of Properties of Pythagorean triples, Interactive Calculators, Puzzles and Problems
• Interactive Calculator for Pythagorean Triples
• The negative Pell equation and Pythagorean triples
• Parameterization of Pythagorean Triples by a single triple of polynomials
• Pythagorean Triples and the Unit Circle, bab 2–3, di "A Friendly Introduction to Number Theory" oleh Joseph H. Silverman, 3rd ed., 2006, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ,
• Pythagorean Triples di cut-the-knot Interactive Applet menunjukkan hubungan lingkaran satuan dengan tripel Pythagoras
• Pythagorean Triplets
• The Remarkable Incircle of a Triangle
• Solutions to Quadratic Compatible Pairs in relation to Pythagorean Triples
• Theoretical properties of the Pythagorean Triples and connections to geometry
• The Trinary Tree(s) underlying Primitive Pythagorean Triples di cut-the-knot

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 28953446 (2026-02-12T11:37:18Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.