loj#P6864. 数学人的基本素养

数学人的基本素养

题目描述

退役三年后,_rqy 成为了一名数学人。

有一天,求小真问了 _rqy 一个问题:是否存在一个三边长都为有理数的直角三角形,使得其面积恰好是 11?

_rqy 想了很久,发现肯定不存在。证明可以见本题目描述末尾。

作为一名数学人,_rqy 觉得自己应该具有推广问题的基本素养。所以她很好奇:对任意正整数 nn,如何判断是否存在一个三边长都为有理数的直角三角形,使得其面积为 nn

例如对 n=1n=1,答案是不存在。对 n=6n=6,则存在:其是边长为 3,4,53, 4, 5 的直角三角形的面积。

为了检验你是否也具有数学人的基本素养,_rqy 想让你求出 L,,RL, \dots, R 中满足条件的数的个数。

输入格式

一行两个正整数 L,RL, R

输出格式

一行一个非负整数,表示答案。

1 6
2
1 100
50
1 100000
56490

数据范围与提示

对 30% 的数据,1LR101 \leqslant L \leqslant R \leqslant 10

对 50% 的数据,1LR1001 \leqslant L \leqslant R \leqslant 100

另有 20% 的数据,RL3R - L \leqslant 3

对 100% 的数据,1LR5×1051 \leqslant L \leqslant R \leqslant 5 \times 10^5

证明:1 不是有理边长的直角三角形的面积

显然这个问题等价于:是否存在一个三边长都是整数的直角三角形,其面积是完全平方数。

假如一个直角三角形三边长分别是 a,b,ca,b,c 而面积是 d2d^2,则 a2+b2=c2,ab=2d2a^2 + b^2 = c^2, ab = 2d^2。我们知道勾股数一定长成 a=2mn,b=n2m2,c=n2+m2a = 2mn, b = n^2 - m^2, c = n^2 + m^2,其中 m<nm < n 并且他们互质且一奇一偶. 那么 mn(nm)(n+m)=d2mn(n-m)(n+m) = d^2. 由于 n,mn, m 互质,他们一定也和 nm,n+mn-m,n+m 互质。所以 n,m,nm,n+mn, m, n-m, n+m 都是完全平方数。

n=p2,m=q2,n+m=r2,nm=s2n = p^2, m = q^2, n+m = r^2, n-m = s^2. 由于 n,mn, m 一奇一偶,n±mn\pm m都是奇数,所以 r,sr, s 都是奇数。记 x=r+s2,y=rs2x = \frac{r + s}{2}, y = \frac{r-s}{2}, 则 x2+y2=r2+s22=n=p2x^2 + y^2 = \frac{r^2 + s^2}{2} = n = p^2, 并且 xy=r2s24=q22xy = \frac{r^2 - s^2}{4} = \frac{q^2}{2}.

由于 x,yx, y 是整数,所以 q22\frac{q^2}{2} 是整数,所以 qq 一定是偶数。因此以 (x,y,p)(x, y, p) 为三边长的直角三角形的面积是 q24=(q2)2\frac{q^2}{4} = \bigl(\frac{q}{2}\bigr)^2,也是完全平方数。

而 $\bigl(\frac{q}{2}\bigr)^2 = \frac{m}{4} < nm(n-m)(n+m) = d^2$, 所以我们得到了一个面积更小的满足条件的三角形。重复这个过程,那么面积会越来越小。但是面积总是整数,不能减到小于 11,所以矛盾。因此只可能根本不存在这样的三角形。