畢氏三元數生成器(Euclid 公式)
畢氏三元數(Pythagorean triple)係指三個正整數 (a, b, c) 滿足 a² + b² = c² — 即可組成直角三角形且邊長全部係整數。輸入斜邊上限 N,工具用古希臘數學家 Euclid 提出嘅生成公式(已知係完整嘅 — 所有原始三元數都可以咁樣生成),列出 c ≤ N 嘅每一條「原始」三元數(gcd(a,b,c)=1)。可選顯示「倍數三元數」 — 即原始三元數 × 整數 k 後仍係三元數(例如 6:8:10 = 2 × 3:4:5)。常見最熟悉嘅原始三元數:(3,4,5)、(5,12,13)、(8,15,17)、(7,24,25)、(20,21,29)、(9,40,41)。
請輸入 5 至 100,000 之間嘅整數作為斜邊上限。
—
| 三元數 (a, b, c) | 類型 | 生成參數 |
|---|
原始三元數由 Euclid 公式 a = m² − n²、b = 2mn、c = m² + n² 生成(m > n > 0,gcd(m,n)=1,m − n 奇數);倍數三元數係將原始 × k 而得。
公式
原始畢氏三元數:取整數 m > n > 0,gcd(m, n) = 1,m − n 為奇數 a = m² − n² b = 2mn c = m² + n² → 驗證:a² + b² = (m² − n²)² + (2mn)² = m⁴ − 2m²n² + n⁴ + 4m²n² = m⁴ + 2m²n² + n⁴ = (m² + n²)² = c² ✓
- · 「原始」(primitive) 三元數係指 gcd(a, b, c) = 1 — 即三邊冇公因數,唔可以再化簡。所有非原始三元數都係原始嘅整數倍:例如 (6, 8, 10) = 2 × (3, 4, 5);(9, 12, 15) = 3 × (3, 4, 5)。原始三元數數量無限多 — Pythagoras 喺公元前 6 世紀已經知,但 Euclid(公元前 300 年)提供咗完整證明:所有原始 triple 都由公式生成。
- · 原始三元數嘅斜邊 c 必然奇數 — 因為 c = m² + n²,而 m, n 一奇一偶(由 m − n 奇推出),m² + n² = 奇 + 偶 = 奇。OEIS A020882 列出原始斜邊序列:5, 13, 17, 25, 29, 37, 41, 53, 61, 65, 73, 85, 89, 97...
- · 某些 c 值對應多條原始三元數:c = 65 有兩條 (16, 63, 65) 同 (33, 56, 65);c = 85 有兩條 (13, 84, 85) 同 (36, 77, 85);c = 1105 居然有 4 條。呢類「多重表示」(multiplicity) 反映 c 嘅質因數分解含有多個 4k+1 質數。
- · 應用:(1) 教育 — 中學立體幾何題目常用 (3, 4, 5)、(5, 12, 13) 等做整數邊長;(2) 木工 / 屋宇 — 用 3:4:5「方角法」現場驗證直角;(3) 編程 — 經典演算法練習題(Project Euler #9、#39、#75);(4) 加密學 — 部分公鑰系統嘅數論問題建基於 Pythagorean triple 嘅結構。
- · 工具用 Euclid 公式只生成「原始」,再用 × k 加倍 — 比暴力試 a, b, c 三層 loop 快好多(O(N) vs O(N³))。100,000 以下嘅所有原始三元數有約 16,000 條(密度 ≈ N / (2π),Lehmer 1900)。
- · 參考:Euclid《Elements》第 X 卷命題 29;OEIS A020882 (primitive hypotenuses)、A020883 (primitive legs);Sierpiński《Pythagorean Triangles》(1962);MathWorld "Pythagorean Triple"。
常見問題
咩叫「原始」(primitive) 三元數?同普通三元數有咩分別?
「原始」三元數係指 gcd(a, b, c) = 1,即三條邊冇任何公因數 — 已經係最簡分數形式。例如 (3, 4, 5) 係原始(gcd(3,4,5) = 1),但 (6, 8, 10) 唔係(gcd = 2,可以同除 2 化簡為 (3, 4, 5))。同理 (9, 12, 15) = 3 × (3, 4, 5)、(15, 20, 25) = 5 × (3, 4, 5) 都屬「非原始」。重要嘅定理係:每條畢氏三元數都係某條原始三元數乘以正整數 k — 即所有非原始三元數都係由原始三元數「派生」。所以列出原始三元數已涵蓋所有可能性。原始嘅斜邊必然係 4k + 1 質數嘅乘積(例如 5, 13, 17, 25 = 5², 29, 37, 41, 53, 61, 65 = 5 × 13...)— 呢個係 Fermat 嘅平方和定理嘅直接推論。
Euclid 公式生成嘅 triple 點解係「完整」嘅?係咪所有原始三元數都搵到?
係 — 呢個係數論嘅經典結果,由 Euclid 喺《Elements》第 X 卷命題 29 完整證明。**證明大意**:假設 (a, b, c) 係原始三元數,可證明 a 必為奇數(如果 a, b 都偶數則 c 都偶數,違反 primitive;如果 a, b 都奇數則 a² + b² ≡ 2 (mod 4) 但 c² ≡ 0 或 1 (mod 4),矛盾)。故 a 奇 b 偶(或對調)。再寫 c − b = u、c + b = v,則 u·v = a²、且 gcd(u, v) = 1(用 primitive 推),故 u = s²、v = t² 為完全平方數。再令 m = (s+t)/2、n = (t-s)/2 即得 Euclid 公式。**結論**:原始三元數 ⟷ 滿足 m > n > 0、gcd(m,n)=1、m − n 奇數嘅 (m, n) 對。每組 (m, n) 對唯一對應一條 primitive,反之亦然 — 完全雙射。
為咩有啲斜邊值(例如 65、85、1105)對應多條原始三元數?
因為呢類斜邊嘅質因數分解中含多個 4k+1 嘅質數。**例子 c = 65**:65 = 5 × 13,而 5 = 1² + 2²、13 = 2² + 3²。用 Brahmagupta-Fibonacci 恆等式 (a² + b²)(c² + d²) = (ac − bd)² + (ad + bc)² = (ac + bd)² + (ad − bc)²,可以將 65 寫成 1² + 8²(= (1·2 − 2·3)² + (1·3 + 2·2)²)同 4² + 7²(= (1·2 + 2·3)² + (1·3 − 2·2)²)兩種方法 — 因此產生 (16, 63, 65) 同 (33, 56, 65) 兩條原始 triple。**一般定理**:原始斜邊 c 可表示為 m² + n² 嘅方法數 = 2^(k−1),其中 k 係 c 嘅 4k+1 質因數個數(重複質因數計一次)。c = 1105 = 5 × 13 × 17,k = 3,可有 2² = 4 條原始 triple — 確實如此:(47, 1104, 1105)、(264, 1073, 1105)、(576, 943, 1105)、(744, 817, 1105)。呢個與 Gauss 整數環嘅唯一分解性質有關。
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輸入 ax + by = e 同 cx + dy = f 嘅 6 個係數,工具用 Cramer 法則計算 x, y、行列式 D 同分類情況(唯一解 / 無解 / 無窮多解),同步顯示步驟方便檢查作業。
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輸入單次事件機率 p 同重複次數 n,工具計算「至少出現一次」嘅機率 1 − (1 − p)ⁿ、預期次數 np,以及達到目標機率所需嘅試驗次數 — 適用於抽獎、Gacha、A/B 測試、安全冗餘設計。
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輸入兩個樣本嘅平均值、標準差同樣本數,工具同時計算 Welch t-test(等變異唔成立)同 Student pooled t-test 嘅 t 統計量、自由度同雙尾 p-value — 對照實驗、A/B 測試、臨床試驗結果比較最常用嘅推論統計。
Spearman 等級相關係數計算機(ρ)
輸入兩組相對應數值,工具將每組轉換為等級(平均處理 tie),按 Pearson 公式套用喺等級上得 Spearman's ρ — 非參數方法,量度單調關係強度,對極端值穩健,無正態性假設。
倍增時間計算機(精確版 ln 2 ⁄ ln(1+r))
輸入週期增長率 r(百分比),工具用 t = ln 2 ⁄ ln(1+r) 計出價值翻倍所需嘅期數 — 比 Rule of 72 嘅近似式更準確,適用於人口、GDP、投資、細菌培養等指數增長場景。
平均數標準誤差計算機(SEM)
輸入樣本標準差同樣本數,工具按 SEM = s ⁄ √n 計算平均數標準誤差,並俾出 95 % 信賴區間(μ ± 1.96 × SEM)— 統計報告、A/B 測試、論文圖表 error bar 嘅標準計算。
反向百分比計算機(已知 X 係 Y 嘅 P%)
常見問題:「100 係邊個數嘅 40%?」「加 8% 後係 540,原價幾多?」工具同時處理「原值反推」、「百分比反推」、「增 / 減 N% 後反推」三類最常用嘅反向百分比情境。
凱利公式注碼計算機(Kelly Criterion)
輸入勝率 p、賠率 b(淨賠率)同銀碼,工具按 f* = (bp − q) ⁄ b 計出凱利最優投注比例同建議下注金額(可選分數凱利 ¼ / ½)— 賭博、量化投資、撲克玩家管理 bankroll 嘅黃金標準。
時鐘指針夾角計算機(時針/分針)
輸入 12 小時制時間,工具按 |30·H − 5.5·M| 計出時針同分針之間嘅夾角度數(取小角度 0–180°)— 經典面試/奧數問題,亦可用嚟設置鐘錶教學圖。
多邊形內角和計算機(Interior Angles)
輸入多邊形邊數 n,工具按 (n − 2) × 180° 計出內角總和;如為正多邊形再計每個內角等於總和 ÷ n、每個外角等於 360° ÷ n — 中學幾何同建築鋪砌設計常用工具。
線性方程式形式轉換器(斜截式、標準式、點斜式)
輸入兩點(或一個斜率+一個點),工具同時輸出該直線嘅三種標準形式:斜截式 y = mx + b、一般式 Ax + By = C(整數係數)同點斜式 y − y₁ = m(x − x₁) — 美式高中代數、SAT、SSAT 題目最常見嘅題型轉換。
三點求圓計算機(圓心與半徑)
輸入平面三個點嘅 (x, y) 坐標,工具用外接圓公式計出唯一經過三點嘅圓心 (h, k) 與半徑 r — 並輸出標準式 (x − h)² + (y − k)² = r² — 幾何、CAD、製圖、機械工程實用工具。
Little 定律計算機(L = λ × W)
輸入長期平均到達率 λ、停留時間 W 或在隊伍中嘅平均數 L 中任意兩個,工具按 L = λ × W 求出第三個 — 排隊論、敏捷團隊 WIP 管理、客服/餐廳人手規劃嘅入門公式。
頻寬時延積計算機(BDP / TCP 緩衝區)
輸入網路頻寬同往返時延(RTT),工具按 BDP = Bandwidth × RTT 計算「飛行中位元數」並轉換成位元組同 KB/MB — TCP socket 緩衝區、窗口大小、CDN 預取調校嘅基礎參數。
Levenshtein 編輯距離計算機
輸入兩段文字,工具計出將一個字串轉成另一個所需嘅最少編輯次數(插入 / 刪除 / 取代),同埋相似度百分比 — 拼寫檢查、模糊匹配、抄襲偵測、DNA 序列比對嘅基礎演算法。
平均失效間隔(MTBF)與可靠度計算機
輸入總運行時間同失效次數,工具計出平均失效間隔 MTBF = 總時數 ÷ 失效次數、失效率 λ 及指數可靠度 R(t) = e^(−t ⁄ MTBF) — 設備、伺服器、產線可靠性工程嘅標準量度。
漢明距離計算機(字串/位元向量差異)
輸入兩段等長字串或位元序列,工具逐位比對並回傳「漢明距離」(不同位數量)— 錯誤碼、DNA 序列、雜湊比對、編碼理論最基礎嘅距離度量。
多邊形面積計算機(鞋帶公式 Shoelace Formula)
輸入多邊形頂點 (x, y) 座標(順時針或逆時針排列),工具按 Gauss 鞋帶公式 A = ½|Σ(xᵢ·yᵢ₊₁ − xᵢ₊₁·yᵢ)| 計算面積 — 適用於土地測量、地圖學、GIS、CAD 與遊戲幾何。
兩點中點與距離計算機(Midpoint / Distance Formula)
輸入兩點 (x₁, y₁) 同 (x₂, y₂),工具即時計算中點 M = ((x₁+x₂)⁄2, (y₁+y₂)⁄2)、歐幾里得距離 d = √((Δx)² + (Δy)²) 同斜率 m = Δy⁄Δx — 幾何作業、測量、GIS、CAD 都用得到。
正四面體體積/面積計算機(Regular Tetrahedron)
輸入正四面體邊長 a,工具計算體積 V = (a³⁄(6√2))、表面積 A = √3·a²、高度 h = a·√(2⁄3) 同內接/外接球半徑 — 結晶學、分子幾何(甲烷 CH₄)、有機化學、幾何題常用。
圓錐台(截頭圓錐)體積與表面積計算機
輸入大底半徑 R、細底半徑 r 及高度 h,工具計算圓錐台體積 V = πh(R² + Rr + r²) ⁄ 3、側面斜長 ℓ、側面積、頂底圓面積同總表面積 — 紙杯、燈罩、漏斗、水塔常用。
N 次方根計算機(含負數、分數根)
輸入被開方數 x 與根次 n,工具計算實數 n 次方根 x^(1/n),並處理負數+奇數根、分數根、複數情況提示 — 三次根、五次根、立方根、實對數常用。
Luhn 算法校驗計算機(信用卡 / IMEI / 加拿大 SIN)
輸入號碼字串,工具按 Luhn 算法(mod-10 雙倍校驗)驗證合法性,並可由前 N − 1 位反推合法嘅校驗位 — 信用卡(Visa、Mastercard、Amex)、手機 IMEI、加拿大 SIN 等都採用呢個校驗。
ISBN-13 校驗位計算機
輸入 ISBN-13(含或不含校驗位),工具按 mod-10 (1, 3) 加權算法計算正確嘅第 13 位,並驗證輸入字串係咪合法 ISBN-13 — 圖書館員、出版業、書店做書目管理常用。
數字根計算機(Digital Root)
輸入任意正整數,工具反覆將每個位數加總,直至得到單一位數(數字根 / digital root)— 同時顯示每一步加總、生命靈數、mod 9 等價關係。
邏輯斯諦增長(S 曲線)計算機
輸入承載量 K、初始量 N₀、內稟增長率 r 同時間 t,工具按 Verhulst 邏輯斯諦方程 N(t) = K / (1 + ((K−N₀)/N₀)·e^(−rt)) 計算當前數量、增長率同至飽和半時 — 適用於人口、流行病、初創用戶曲線、化學反應等任何受承載量限制嘅增長。
2×2 矩陣逆矩陣計算機
輸入 2×2 矩陣 [[a, b], [c, d]],工具用閉合公式 A⁻¹ = 1/det(A) × [[d, −b], [−c, a]] 計算逆矩陣同行列式(det = ad − bc);行列式為 0 時報告矩陣不可逆。
兩點中點計算機(2D / 3D)
輸入兩點 (x₁, y₁) 同 (x₂, y₂)(可選 z 坐標延伸到 3D),工具用 M = ((x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2) 計算中點坐標、兩點距離(歐幾里得)同斜率(2D) — 中學坐標幾何、CAD 製圖、遊戲座標常用。
常用立體表面積計算機(球/立方/圓柱/圓錐)
揀立體形狀(球、立方、圓柱、圓錐),輸入尺寸,工具同時計算表面積(球 4πr²;立方 6a²;圓柱 2πr² + 2πrh;圓錐 πr² + πrl)同體積 — 漆油、包裝、薄膜、保溫材料用量估算必備。
六標準差 Sigma Level(DPMO)計算機
輸入不良品數(defects)同機會總數(opportunities),或者直接輸入 DPMO,工具同時計算良率(yield)、處於正態分佈下嘅 sigma level(含 1.5σ 長期偏移) — Motorola/Lean Six Sigma 製程能力評估標準工具。
環面體(torus)體積同表面積計算機
輸入環面主半徑 R(環中心到管中心)同管半徑 r,工具用 V = 2π²Rr² 同 SA = 4π²Rr 同時計算環面體(torus/甜甜圈形狀)嘅體積、表面積 — 用於水管彎頭、橡膠 O-ring、汽車輪內胎、磁鐵環等等。
三次方程式求根(Cardano 公式)
輸入三次方程 ax³ + bx² + cx + d = 0 嘅四個係數,工具用 Cardano-Tartaglia 公式求出全部三個根(實根或共軛複根),並顯示判別式 Δ 同根嘅性質。
加權平均數計算機
輸入多組「數值 + 權重」配對,工具計加權平均數 Σ(xᵢwᵢ) ⁄ Σwᵢ — 同單純算術平均唔同,重要嘅項目可以佔比更大。常用於成績平均、投資組合報酬、品質評分。
圓柱表面積計算機(A = 2πr(r + h))
輸入圓柱嘅半徑 r 同高 h,工具計算總表面積(兩個圓底 + 側面)、側面積(lateral)、單個圓底面積,並換成 cm²、m²、in²、ft² 四個常用單位。
環形(圓環)面積計算機(A = π(R² − r²))
輸入外半徑 R 同內半徑 r,工具計算環形面積、外圓面積、內圓孔面積同環形闊度,亦顯示 mm²/cm²/m²/in²/ft² 多單位結果 — 適用於墊圈、油封、跑道、年輪計算。
Punnett 方格遺傳計算機(單基因雜交)
輸入兩位父母嘅基因型(例如 Aa × Aa),工具列出後代嘅基因型同表型比例,並顯示 2×2 Punnett 方格。
Hardy-Weinberg 平衡計算機(族群遺傳)
輸入隱性表型頻率 q²(或顯性等位基因頻率 p),工具用 p + q = 1、p² + 2pq + q² = 1 還原出三種基因型(純合顯性、雜合、純合隱性)嘅預期比例同攜帶者頻率。
板球所需擊球率(Required Run Rate)計算機
輸入目標分數、已得分、已用 over 同總 over 數,工具計算所需 run rate(RRR)、現時 run rate(CRR)、餘下 ball 數同每球需得分(runs per ball),方便板球迷追數同預測比賽結果。
棒球/壘球防禦率(ERA)計算機
輸入投手嘅自責分(earned runs)同投球局數(innings pitched),工具用 ERA = (ER × 9) / IP 計算每 9 局自責分嘅標準化指標 — MLB、NPB、KBO、CPBL 同國際棒總一致使用嘅核心投手評估數據。
十瓶保齡球計分計算機(含 strike/spare 獎分)
輸入十個 frame 嘅倒瓶數,工具按 World Bowling/USBC 規則處理 strike(X)同 spare(/)嘅 bonus 計分,並支援第十 frame 嘅 fill ball,即刻畀出每 frame 累計分同最終總分。
美式足球四分衛評分(NFL Passer Rating)計算機
輸入傳球嘗試(ATT)、完成(CMP)、總碼數(YDS)、達陣(TD)同抄截(INT),工具用 1973 年 NFL 正式採用嘅四成份加權公式計算 0–158.3 嘅 passer rating,並顯示對應評級(perfect 158.3 至 poor)同四個分項分數。
整體設備效能(OEE)計算機
輸入計劃生產時間、實際運轉時間、理想週期時間、總產量同良品數,工具用 OEE = Availability × Performance × Quality 計出整體設備效能(world-class ≥ 85%),即製造業同精益管理(TPM/lean)嘅核心 KPI,並逐項顯示三個因素分數。
保齡球差點分數(Bowling Handicap)計算機
輸入打者平均分(average)、聯賽基準(base,常用 200 或 220)同差點百分比(常用 80 %、90 % 或 100 %),工具用 handicap = max(0, ⌊(base − average) × percent / 100⌋) 計算每場應加分 — USBC、World Bowling 同絕大多數聯賽嘅標準計法,仲計埋多場 series 嘅差點總分。
高爾夫差點指數計算機(World Handicap System)
輸入近 20 場成績、球場 Course Rating 同 Slope Rating,工具用世界差點系統(WHS,USGA / R&A 2020)Rule 5 取最好 N 場 differential 嘅平均,計出官方 Handicap Index。