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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Seminar: ,,Geschichte der Mathematik“
Seminarleiter: R. Grothmann
Wintersemester 2005/06
Referentin: Sarah Wetzel
Thema:
Der Satz des Pythagoras aus
historischer Perspektive,
ein Beweis und
pythagoreische Tripel
Zıs6b
SManiAtI
Page 2
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Inhaltsverzeichnis
.
Einleitung
Seite 3
kurze Biographie
Seite 4
Entstehung des Satzes von Pythagoras
Seite 6
Der Beweis von Pythagoras fiir seinen Satz (Berechnungsbeweis)
Seite 9
Der geometrische Beweis durch Ergänzung
Seite 11
Beweis mit Ahnlichkeiten
Seite 11
Scherungsbeweis
Seite 12
Eine Verallgemeinerung des Satzes: Kosinussatz
Seite 14
Pythagoreische Zahlentripel
Seite 15
10. Bestimmung „aller“ Zahlentripel
Seite 15
Il. Euklids Beweis, dass es eine unendliche Anzahl pythagoreischer Tripel gibt
Seite 19
12. Großer fermatscher Satz
Seite 20
13. Literaturverzeichnis
Seite 22
14. Verwendete Internetseiten
Seite 22
Page 3
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Einleitung:
„In einem rechtwinkligen Dreieck ist die Summe der Kathetenquadrate gleich dem
Hypotenusenquadrat.“ Dieser Satz ist heute als der Satz des Pythagoras bekannt.
Jedoch folgende Zitate lassen erkennen, dass dieser Mensch noch viel mehr war:
„Pythagoras der Begründer der Zahlentheorie und des ersten goldenen Zeitalters der
Mathematik“ — Simon Singh'
„Er ist einer der bedeutendsten Menschen“ — Bertrand Russell
„Er ist der Anführer der Schwindler“ — Heraklit
„Der wise Pictagoras, der ein astronomierre was“ — Wolfram von Eschenbach
Pythagoras selbst soll über sich gesagt haben: „Ich bin ein Sonderwesen zwischen
Mensch und Gott.“
und Ludwig Börne über ihn: „Als er den Satz gefunden hatte, soll er den Göttern
hundert Ochsen geopfert haben. Seitdem zittern alle Ochsen, sooft eine neue Wahrheit
entdeckt wird.
Diese Aussage geht zurück auf das bekannte Sonett von Adelbert von Chamisso:
Vom pythagoreischen Lehrsatz
Die Wahrheit, sie besteht in Ewigkeit,
Wenn erst die blöde Welt ihr Licht erkannt;
Der Lehrsatz nach Pythagoras benannt
Gilt heute, wie er galt zu seiner Zeit.
Ein Opfer hat Pythagoras geweiht
Den Göttern, die den Lichtstrahl ihm gesandt;
Es taten kund, geschlachtet und verbrannt,
Einhundert Ochsen seine Dankbarkeit.
Die Ochsen seit dem Tage, wenn sie wittern,
Daß eine neue Wahrheit sich enthülle,
y Vel. Singh, Simon: Fermats letzter Satz, Die abenteuerliche Geschichte eines mathematischen Rátsels, Carl
Hanser Verlag, S. 31
? Vgl. http://www.didmath.ewf.uni-erlangen.de/Verschie/Gut_Ref/Pythago/Pythagoras.htm], S.1
Page 4
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Erheben ein unmenschliches Gebriille;
Pythagoras erfiillt sie mit Entsetzen;
Und machtlos sich dem Licht zu widersetzen
Verschließen sie die Augen und erzittern?
Adelbert von Chamisso
Hier wird deutlich, dass der Satz des Pythagoras in aller Munde ist und auch Eingang in
mathematikfremde Gebiete gefunden hat. Dieser Satz in der Mathematik ist wohl einer der
bekanntesten und am häufigsten verwendeten Aussagen.
2.
Kurze Biographie:
Uber Pythagoras selbst weiß man nicht viel, da aus seiner Zeit (6. Jahrhundert v. Chr.)
keine Dokumente existieren. Sein Lebenslauf wurde nur miindlich tiberliefert und etwa im
3. oder 4. Jahrhundert unserer Zeit — also 900 Jahre nachdem er gelebt hatte —
niedergeschrieben.* Der ausführlichste Bericht über ihn hat Jamblichos in seinem Buch
„Vita des Pythagoras“ verfasst. Weniger aufschlussreiche Darstellungen über Pythagoras
Leben stammen von Herodot in „Vater der griechischen Geschichtsschreibung“ und dem
bedeutenden Philosophen Aristoteles, sowie von Diogenes Laertos und Porphyrios.?
Man sagt, Pythagoras soll ein großer Mathematiker, Astronom und Philosoph seiner Zeit
gewesen sein.
Pythagoras wurde um 570 v. Chr. in Spermos auf der griechischen Insel Samos geboren,
daher wird er auch in vielen Lehrbüchern mit „Pythagoras von Samos“ betitelt. Sein Vater
Mnesarchos soll ein Großhändler aus Griechenland gewesen sein, der seine Frau Pythais,
eine Eingeborene aus Samos, kennenlernte, als auf Samos Hungersnot herrschte und er die
Bevölkerung mit Getreide belieferte.° ?
3 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_ des Pythagoras, S. 8
1 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoras, S. 1
5 Vgl. Staab, Gregor: PYTHAGORAS IN DER SPATANTIKE; Studien zu De Vita Pythagorica des lamblichos
von Chalkis, S. 54 ff, S. 101, S. 109
$ Vgl. ebd., Staab, G.: S. 232 f
Page 5
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Pythagoras verbrachte seine Kindheit mit seinen zwei Briidern auf Samos und begann sehr
friih mit seinen Bildungsreisen.
Er soll in vollem Umfang Astronomie und Geometrie, das er bei den Agyptern vermittelt
bekam, und Arithmetik und Musik, das er in Babylonien erlernt hatte, beherrscht haben.®
Lehrer waren dementsprechend allesamt Philosophen, die sein junges Leben maßgeblich
beeinflussten.
Als
Pythagoras’
wichtigster
Lehrer
gilt
Pherekydes,
über
diesen
Philosophen wird auch gesagt, dass er dem jungen Pythagoras die Welt der Mathematik
eröffnet haben soll.”
Nach zwanzig Jahren des Reisens hatte sich dann Pythagoras alle mathematischen Regeln
der damals bekannten Welt angeeignet und kehrt auf seine Heimatinsel Samos in der
Ägäis zurück, um dort eine dem Studium der Philosophie gewidmete Schule zu gründen,
an der man sich mit seinen mathematischen Regeln näher befassen wiirde.
Während seiner Abwesendheit jedoch gab es einen
Tyrann Polykrates teilt die Ansichten
Machtwechsel und der herrschende
über gesellschaftliche Reformen des jungen
Pythagoras nicht; daher bleibt diesem nur die Flucht nach Agypten.
Diese Ereignisse werden etwa um das Jahr 535 v. Chr. datiert und um 532 v. Chr. ließ sich
Pythagoras im süditalienischen Kroton dann nieder, wo er zu seinem Glück in Milon, dem
reichsten Bürger Krotons, den idealen Mäzen fand, der zugleich einer der kräftigsten
Männer der Geschichte war. Pythagoras’ Ruf als Weiser von Samos verbreitete sich schon
in ganz Griechenland,
doch
Milon
war noch
berühmter.
Er war ein
Mann von
herkuleischer Gestalt, der — was keinem zuvor gelungen war — bei den Olympischen
Spielen zwölf Siege errungen hatte. Neben der Athletik schätzte und praktizierte Milon
auch Philosophie und Mathematik. Er stellte Pythagoras einen Teil seines Hauses zur
Verfügung, groß genug, um darin eine Schule aufzubauen.
Hier
gründete
sechshundert
Pythagoras
Anhängern,
eine
der
religiös-philosophisch-politische
auch
mehrere
Frauen
angehörten.
Gemeinschaft
Sie
nannte
von
sich
„pythagoreischer Bund“ und ihre Mitglieder bezeichneten sich später als Pythagoreer.
Pythagoras’ Lieblingsschülerin war Theano von Kroton, eine Tochter Milons, die er später
trotz des Altersunterschieds heiratete.'°
Um zirka 510 v. Chr. während der sechsundsiebzigsten Olympiade kam es in der
nahegelegenen Stadt Sybaris zu einem Aufstand. Die Anhänger der gestürzten Regierung
7 Vgl. http://www.satzdespythagoras.de/biografie.html, S, |
$ Vel. o. a., Staab, G.: S. 252
? Vgl. cbd., Staab, G.: S. 54
0 Vel. o. a., Singh, S.: S. 32 f
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)fliichteten nach Kroton, sollten aber ausgeliefert werden. Pythagoras und Milon riefen die
Bürger dazu auf, die Flüchtlinge zu schiitzen. Von Sybaris aus wurde daraufhin ein Heer
von 300.000 Mann gegen Kroton geschickt, das von Milon mit 100.000 bewaffneten
Biirgern verteidigt wurde. In einem siebzigtägigen Krieg gewann Milon die Oberhand.
Zur Vergeltung leiteten die Krotoner den Fluss Crathis um, dessen Wasser Sybaris
überflutete und die Stadt zerstórte.''
Nun
herrschte
in
Kroton
Aufruhr um die Frage
der Kriegsbeute.
Die
einfache
Bevölkerung befürchtete, die pythagoreische Elite könnte die erbeuteten Ländereien allein
für
sich
beanspruchen.
Neid,
Furcht
und
Verschwôrungsängste,
die
den
geheimniskrämerischen Bund umgaben, machten sich breit. Aufgehetzt durch Kylon,
einen abgewiesenen Kandidaten der Gemeinschaft, umzingelte der wütende Mob das
Haus
Milons
verrammelt,
und
um
die
die
angrenzende
Flucht
Schule.
Alle
der Bewohner zu
Türen
wurden
verhindern,
und
verschlossen
und
dann
das
begann
Mordbrennen. Milon konnte dem Inferno entkommen, Pythagoras aber und viele seiner
Schüler starben in den Flammen.
Somit hatte die Mathematik ihren ersten großen Helden verloren, doch der pythagoreische
Geist lebte weiter. Die Zahlen und ihre Wahrheiten blieben unsterblich. '?
3.
Entstehung des Satzes von Pythagoras
Über die Entstehung des Satzes von Pythagoras gibt es keine definitiven Erkenntnisse.
Man ist sich aber sicher, dass Pythagoras nicht der erste war, der diesen Zusammenhang
herausfand, denn in der indischen, babylonischen und ägyptischen Kultur — wie erhaltene
Keilschrifttafeln beweisen — bedienten sich Baumeister bereits diesem Satz, da schon eine
kleine Abweichung vom rechten Winkel bei Bauwerken zu katastrophalen Ergebnissen
führt."
I! Vgl. ebd., Singh, S.: S. 50
'? Val. ebd., Singh, S.: S. 50 f
'3 Vgl. http://satzdespythagoras.de/entstehung.html, S. 1
Page 7
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Um die auch heute noch verblüffende Präzision ihrer Bauten zu erreichen, hatte die
ägyptische Priesterschaft mit den so genannten Harpedonapten eine eigene Zunft: die
Seilspanner. Diese erzielten genaue rechte Winkel, indem sie 12 gleiche Teile eines
langen Seils mit Knoten im Verhältnis 3:4:5 unterteilten und aus dem Seil mit Hilfe von
Pflôcken ein Dreieck bildeten.
Diese Methode wandten die Seilspanner ferner an, wenn die Schlammfelder nach dem
Riickgang der Nilfluten neu zu bemessen waren.
Ebenso bestimmten die indischen Priester ihre rechten Winkel
- beispielsweise fiir den
Bau ihrer Altäre — nach der gleichen Methode. Sie unterteilten ihre Dreiecke jedoch im
Seitenverhältnis 15:36:39."
Da auch die Umkehrung des Satzes gilt, schließen a und b den rechten
Winkel ein, wenn die Seillängen die Gleichung a? + b? = c? erfüllen. Das Verhältnis bei
den Ägyptern 3:4:5 mit 3? + 4? = 5? und bei den Indern 15:36:39 mit 15? + 36? = 39?
ergeben deshalb eine gültige Aussage.
Was also bei Babyloniern, Indern und Ägyptern in praktischer und ursprünglich aus
ausprobierender Anwendung entstanden war und nach heutigem Wissensstand seinerzeit
nicht auf seine Allgemeingültigkeit hinterfragt wurde, erhielt somit im Lehrsatz des
Pythagoras mit a? + b? = e? seine abstrakte, verallgemeinerte mathematische Aussage.
Der Satz in Worten: Bei jedem rechtwinkligen Dreieck ist der Flächeninhalt des
Quadrats über der Hypotenuse genauso groß wie die Summe der Flächeninhalte der
beiden Kathetenquadrate.'®
Und die Umkehrung des Satzes in Worten: Gilt die Gleichung a? + b? = c? in einem
Dreieck, so ist dieses Dreieck rechtwinklig, wobei der rechte Winkel der Seite c
gegenüber liegt.!?
'4 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des Pythagoras, S. 2
5 Vel. ebd., S. 2
'© Vel. http://did.mat.uni-bayreuth.de/studium/seminar/hypermed1/klarner/seite.htm, S. 1
'7 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des_Pythagoras, S. 3
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Die Grundlagen des Satzes waren also schon vor dem griechischen Mathematiker und
Philosophen Pythagoras von Samos bekannt. Die Benennung des Satzes nach Pythagoras
stammt von Euklid, der in seinem berühmtesten Werk ,,Elemente“ das mathematische
Wissen seiner Zeit zusammengetragen und dabei diesen Satz Pythagoras zugeschrieben
hatte.
Pythagoras selbst allerdings fallt wahrscheinlich das Verdienst zu, diesen Satz um 540 v.
Chr. fiir die westlichen Kulturen neu entdeckt, in seine verallgemeinerte, abstrakte Formel
a? + b? = c? gebracht und weiterentwickelt zu haben und vermutlich war er der erste, der
die universelle Gültigkeit des Satzes bewiesen hat.'? '?
„So enthielt das älteste bekannte Rechenbuch der Welt, das ägyptische Rechenbuch des
Ahmes — auch Papyrus Rhind genannt — aus dem 17. Jahrhundert v. Chr. bereits
komplizierte Aufgaben, es fehlte jedoch jede Verallgemeinerung, Regel und Definition.
Bei Pythagoras wurde aus der Praxis Wissenschaft. Wie der Neuplatoniker Proklos um
470 n. Chr. beschrieb:
...verwandelte Pythagoras die Beschäftigung mit diesem Wissenszweige in eine wirkliche
Wissenschaft, indem er die Grundlage derselben von höherem Gesichtspunkt aus
betrachtete und die Theoreme derselben immaterieller und intellektueller erforschte.‘?°
Ein Beispiel für eine altbabylonische Rechenaufgabe ( Keilschrifttext,
ca. 1700 v.
Chr.)
Beachte: Die Babylonier benutzten kein Dezimalsystem, sondern ein Sexagesimalsystem,
d.h. die 1 im Sexagesimalsystem entspricht hier der 60 im Dezimalsystem. In den eckigen
Klammern sind die Sexagesimalzahlen ins Dezimalsystem umgerechnet. Dabei sind die
einzelnen Sexagesimalstellen durch Kommata voneinander getrennt, und die ganzen
Zahlen von den Brüchen durch Strichpunkte.
N
a
a Vel. http://www.satzdespythagoras.de/entstehung.html, S. 1
1 Val. o. a., Singh, S.: S. 44
°° Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz des Pythagoras, S. 1 f
Page 9
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)„Ein Balken, [er ist] [0;]30 [GAR lang]
Von oben ist er [0;]6 herabgekommen.
Von unten was hat er sich entfernt?
[0;]30 quadriere, 15 / = 15 * 60 = 900 ] siehst du.
[0;]6 von [0;]30 abgezogen, [0;]24 siehst du.
[0;]24 quadriere, 9;36 / = 9 * 60 + 36 = 576 ] siehst du.
9:36 [= 576] von 15 [ = 900
] ziehe ab, 5:24 [= 5 * 60 + 24 = 324
] siehst du.
5;24 [ = 324 ] hat was als Quadratwurzel? [0;]18.
[0;]18 am Boden hat er sich entfernt.“
Gerechnet wird also: a = V(b?-(b-h)’).”"
4.
Der Beweis von Pythagoras für seinen Satz (Berechnungsbeweis)
Das oben abgebildete Dreieck könnte jedes beliebige rechtwinklige Dreieck sein, denn die
mit den Buchstaben a, b und c bezeichneten Seitenlängen sind nicht bestimmt.
Daneben sind vier identische rechtwinklige Dreiecke abgebildet, die zusammen mit einem
gekippten kleineren Quadrat ein großes Quadrat ergeben. Die Fläche dieses großen
Quadrats ist der Schlüssel zum Beweis.
Die Fläche dieses großen Quadrats kann auf zwei Weisen berechnet werden.
Methode 1:
Messe die gesamte Fläche des großen Quadrats. Die Länge jeder Seite ist
die Fläche des großen Quadrats = (a + b)?.
2! Vgl. http://did.mat.uni-bayreuth.de/studium/seminar/hypermed1/klarner/seite.htm, S. 5
a+ b. Daher ist
Page 10
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Methode 2:
Messe die Fläche jedes Elements des großen Quadrats. Die Fläche der Dreiecke beträgt
jeweils % ab, d.h. Y. * Grundlinie * Höhe. Die Fläche des gekippten Quadrats ist c?.
Daraus folgt:
Fläche großes Quadrat = 4 * (Fläche jedes Dreiecks) + Fläche gekipptes Quadrat
=4 * (Y ab) + c?
Die Methoden 1 und 2 ergeben zwei verschiedene Ausdrücke. Diese Ausdrücke müssen
jedoch gleichwertig sein, da sie dieselbe Fläche bezeichnen. Deshalb gilt:
Fläche aus Methode 1 = Fläche aus Methode 2
(a+b”?=4*(%ab)+e?
Wir können die Klammern auf beiden Seiten auflösen und die Ausdrücke vereinfachen.
Dann ergibt sich:
a?
+ b? + 2ab = 2ab + e?
Das 2ab auf beiden Seiten lässt sich wegkiirzen. So erhalten wir:
a+ b?= €
und das ist der Satz des Pythagoras!
Das Argument beruht auf der Tatsache, dass die Fläche des großen Quadrats, mit welcher
Methode man sie auch berechnen mag, immer dieselbe bleiben muss. Wir erzeugen also
auf logisch korrekte Weise zwei verschiedene Ausdrücke für dieselbe Fläche, setzen diese
dann gleich und gelangen zur unvermeidlichen Schlussfolgerung, dass a? + b? = c?. Das
Quadrat über der Hypotenuse, c?, ist gleich der Summe der Quadrate über den beiden
anderen Seiten, a? + b?.
Dieses Argument gilt für alle rechtwinkligen Dreiecke. Die Seiten des Dreiecks in
unserem Beispiel werden durch a, b und c bezeichnet und können daher die Seiten jedes
beliebigen rechtwinkligen Dreiecks darstellen.”
2 Vel. o. a. Singh, S.: S. 343 f
Page 11
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Der geometrische Beweis durch Ergänzung
In ein Quadrat mit der Seitenlänge a + b werden vier gleiche ( kongruente ) rechtwinklige
Dreiecke mit den Seiten a, b und c ( Hypotenuse ) eingelegt. Dies kann auf zwei Arten
geschehen, wie hier dargestellt ist:
Die Fläche des linken und des rechten Quadrates sind gleich ( Seitenlinge a + b ). Das
linke besteht aus den vier rechtwinkligen Dreiecken und einem Quadrat mit Seitenlange c,
das rechte aus den gleichen Dreiecken sowie einem Quadrat mit Seitenlänge a und einem
mit Seitenlange b. Die Flache c? entspricht also der Summe der Flache a? und der Flache
b2, also a? + b? = c2. Dies ist der Satz des Pythagoras.”
6. Beweis mit Ahnlichkeiten
Sobald man sich durch Berechnung der Winkelsummen im Dreieck überzeugt hat, dass
die beiden grünen Winkel im Bild gleich groB sein müssen, sieht man, dass die Dreiecke
ACB, CBD und ACD ähnlich sind.”
blq = fb
a”
= ep
= eq
a? 4
23 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des Pythagoras, S. 5
À Vel. ebd., S. 6
Page 12
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Scherungsbeweis
Eine
weitere
Môglichkeit
ist
die
Scherung
der
Kathetenquadrate
in
das
Hypotenusenquadrat. Unter Scherung eines Rechtecks versteht man in der Geometrie die
Überführung des Rechtecks in ein Parallelogramm unter Beibehaltung der Höhe. Bei der
Scherung ist das sich ergebende Parallelogramm zu dem Ausgangsrechteck flächengleich.
Über zwei Scherungen können die beiden kleineren Quadrate dann in zwei gleich große
Rechtecke umgewandelt werden, die zusammen genau in das große Quadrat passen.”
a) Scheren:
1. EACF = EABG [ weil gleiche Grundlinie EA und gleiche Höhe EF (hl) ]
Hy
F
f
IN
/
NC
NN
Re)
E
A
/
AT.
DUB
K
L
2. BJHC = BJMA[ weil gleiche Grundlinie BJ und gleiche Höhe JH (h2) ]
25
Vel. ebd., S. 5
26 Val. http://www.didmath.ewf.uni-erlangen.de/Verschie/Gut_Ref/Pythago/Pathagoras.html, S. 4
Page 13
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)b) Drehen:””
3. EABG = AKNC[ weil um A Kreis: EA = AC und AB = AK( Seiten von Quadraten ) ]
c) Scheren:?
5. AKNC = AKPD[ weil gleiche Grundlinie AK und gleiche Höhe KP ]
6. NLBC = DPLB[ weil gleiche Grundlinie BL und gleiche Höhe PL ]
2? Vgl. ebd., S. 4
28 Vel. ebd., S. 4 f
Page 14
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)2=¢* AD und a?=c * DB
> cc=c* DB+c* Ad
a
+
p
Dies kann man sich auch ganz einfach verdeutlichen, indem man in die einzelnen
Quadrate Einheitsquadrate (1cm?) einzeichnet und deren Anzahl bestimmt.??
Beispielsweise:
8.
16cm? + 9cm? = 25cm?
Eine Verallgemeinerung des Satzes: Kosinussatz
Der Kosinussatz
ist
die
Verallgemeinerung des
Satzes
rechtwinklige Dreiecke:
e? = a? + b? - 2ab * cosy
wobei der Winkel y der Hypotenuse c gegenüber liegt.
29 Vel. ebd., S. 3
14
Pythagoras
fiir nicht
Page 15
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Der Kosinussatz unterscheidet sich also durch den Term - 2ab * cosy vom Satz des
Pythagoras. Da der Kosinus von 90° Null ergibt, fallt dieser bei einem rechten Winkel
weg und der Spezialfali in Form des Satzes von Pythagoras bleibt übrig.”
9.
Pythagoreische Zahlentripel
Die ältesten bekannten mathematischen Aufzeichnungen mit pythagoreischen Tripeln und
sogar ihrer Quadratur finden sich auf babylonischen Tontafeln, die in die Zeit der
Hammurabi-Dynastie datiert werden ( 1829 bis 1530 v. Chr. ).*!
Man nennt nun drei positive ganze Zahlen a, b und c ein pythagoreisches Zahlentripel,
wenn sie die Gleichung a? + b?= e? erfüllen.
Es gibt unendlich viele dieser Tripel.
Wenn a, b und c gekürzt sind, d.h. wenn sie keinen gemeinsamen Teiler haben, dann
spricht man von einem primitiven pythagoreischen Tripel. Bei jedem primitiven Tripel
ist c ungerade und von den Zahlen a und b ist eine gerade und die andere ungerade.
Das kleinste pythagoreische Tripel (3,4,5) ist primitiv und (5,12,13) auch, jedoch
(15,20,25) und (15,36,39) sind es nicht.”
10. Bestimmung „aller“ Zahlentripel
Will man nun ,,alle“ ( natiirlich unendlich viele ) derartige Tripel bestimmen, so bemerkt
man zunächst, dass mit jedem Tripel a, b und c fiir jede positive ganze Zahl d auch das
Tripel d*a, d*b und d*c pythagoreisch ist und dass man umgekehrt aus
(d*a } + (d*b } = (d*c y
ein Tripel gemäß a? + b? = c? erhält.
30 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des Pythagoras, S. 6 f
3 Vgl. ebd., S. 2
2° Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/PythagorAisches Tripel, S. 1
Page 16
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Man kann sich also auf die Bestimmung aller primitiven pythagoreischen Zahlentripel
beschränken, d. h. eben auf solche für die der gréBte gemeinsame Teiler 1 ist, die also
teilerfremd sind. Aus a? + b? = c? folgt aber sofort, dass jeder gemeinsame Teiler von a
und b schon ein gemeinsamer Teiler von c ist. Ebenso muss wegen a? = c? - b? und
b? = c? - a? aber auch jeder gemeinsame Teiler von c und b bzw. von c und a ein
gemeinsamer Teiler aller drei Zahlen bereits teilerfremd sein. Man kann also für die
folgenden Uberlegungen voraussetzen, dass je zwei dieser drei Zahlen bereits teilerfremd
sind. Insbesondere können keine zwei der drei Zahlen gerade sein. Nimmt man nun an, a
und b seien beide ungerade, also etwa a = 2*n + 1 und b = 2*m + 1 mit natürlichen Zahlen
n und m, so folgt:
a+b=(2*n+1}+(2*m+1}=4*(n+m+ntm)+2=c
d. h. c? lässt bei Division durch 4 den Rest 2. Nun ist für eine gerade Zahl c das Quadrat c?
aber durch 4 ohne Rest teilbar, während für eine ungerade Zahl c das Quadrat bei Division
durch 4 den Rest 1 lässt. Dieser Widerspruch zeigt, dass genau eine der beiden Zahlen
gerade ist, etwa a, und die andere, also b, ungerade. Da c und a teilerfremd sind, muss
folglich auch c ungerade sein. Damit sind c + b und c — b positive ganze Zahlen und man
hat die Zerlegung
a? =¢?- b?=(c+b)*(c—b)=4* [(c+b)/2]*[(c—b)/2]=4xy
mit positiven ganzen Zahlen x
=(c+b)/2 und y = ( c — b) / 2. Diese beiden Zahlen
miissen ebenfalls teilerfremd sein, denn ein gemeinsamer Teiler von x und y ist auch ein
gemeinsamer Teiler von c = x + y und b = x — y. Folglich ist jeder Primfaktor von a? / 4
entweder nur Primfaktor von x oder nur Primfaktor von y. Damit sind aber x und y selbst
Quadratzahlen, etwa x = s? und y = t? mit positiven ganzen Zahlen s und t, die wie x und y
teilerfremd
sein
müssen.
Insgesamt
gilt
also
für jedes
primitive
pythagoreische
Zahlentripel
a=2st,
b=s?-t?
und
c=s+t
mit teilerfremden positiven ganzen Zahlen s > t, von denen genau eine gerade sein muss,
damit b und c ungerade sind.
Sind umgekehrt s und t derartige Zahlen, so gilt
a? + b? = 48 + (8? - t? )? = 4s7t? + 514 — 2926 + 104 = 54 +257? + 144 = (HR )=c?
Page 17
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Durch sämtliche Wahlen für s und t wie oben beschrieben kann man dann systematisch
alle primitiven pythagoreischen Zahlentripel erzeugen.”
Die folgende Tabelle zeigt den Anfang einer derartigen Liste:
I.
Mit
s
|t
Ja
|b
|C
2
Jl
|4
13
15
3
|2
(12
|5
113
4
13
|24
|7
425
4
|1
{8
|15
{17
kann
man
beliebig
folgender_Formel
viele
dieser
Zahlentripel
konstruieren und somit auch gleichzeitig zeigen, dass es unendlich viele
pythagoreische Tripel gibt:
(man kann aber nicht jedes pythagoreische Tripel so darstellen )
Setze
a:=m?-n?
und
b:=2mn
Dann ist c? = a? + b?
= (m? - n? )?+(2mn
Y
= m4 — 2m?n? + n°4 + 4m?n?
= m4 + 2m?n? + n%4
=(m?+n?)?
> c=m +n
für beliebige Werte m und n, mit m > n und m, n natürliche Zahlen
Jedes primitive pythagoreische Tripel ( a, b, c ) hat genau eine solche Darstellung, und
zwar mittels:
m = V(c + a)/2 und n= V(c - a)/2
wenn b die gerade Zahl des Tripels ist. m und n sind dann teilerfremde natürliche Zahlen
mit m > n, wobei eine gerade und die andere ungerade ist.”
33 Vgl. http://www.mathe.tu-freiburg.de/~hebisch/cafe/pythtripel.html, S. 1 f
# Vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/PythagorAWisches Tripel, S. 1
Page 18
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Man erhält also alle pythagoreischen Tripel genau einmal, wenn man für m und n
beliebige teilerfremde Zahlen mit m > n wählt, von denen eine gerade ist, das dadurch
bestimmte primitive Tripel a, b, c berechnet, und mit einer beliebigen Zahl d multipliziert:
d*a, d*b, d*c
Beispiele:
e
2,1
liefert das Tripel (3, 4, 5)
e
3,1 liefert das Tripel (8, 6, 10) ( welches nicht primitiv ist, weil 3 und I beide
ungerade sind )
e
3,2
liefert das Tripel (5, 12, 13)
e
Multiplikation mit 7 liefert (35, 84, 91)
1
m
2
3
2
3+
4=
5
3
82+
62=
10?
52+122=
13
4
157+
8=
172
122+162=
207
17
2882+342—290?
2.
2852+68*=2932
72+
242=
7
25
2802+1022=2082
240? + 238? = 338?
Eine weitere Formel zur Berechnung eines pythagoreischen Zahlentripels:
n;(n°-1):2;(n°+1):2
oder:
2n 3; n’?-1 ; n°+1
mit der Voraussetzung: n = ungerade Zahl *
Beispiel:
Sein=3:
(3?-1):2=4;(3?+1):2=5
= pythagoreisches Zahlentripel 3; 4; 5
35 Laubenbacher, Reinhard; Pengelley, David: Mathematical Expeditions, Springer-Verlag, S. 173
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)thagoreische Zahlentripel für c < 200, (c? = a? + b? ):
b
c
a
3
5
8
7
61
65
65
73
60
56
63
55
77
5
4
13
12
17
15
25
29
24
21
20
85
b
c
a
b
c
a
20
60
15
44
157
169
173
181
132
120
165
180
185
153
104
11
101
33
109
16
113
48
36
125
99
91
112
117
137
105
88
b
85
119
52
19
37
35
12
85
84
13
145
143
24
185
176
57
4]
40
9
89
80
39
145
144
17
193
168
95
53
45
28
97
72
65
149
140
51
197
195
28
Siehe S. 868, Müller-Fonfara, Robert: Mathematik verstehen, Falken-Verlag GmbH, 1994 Niedernhausen
11. Euklids Beweis, dass es eine unendliche Anzahl pythagoreischer Tripel gibt
Euklids
Beweis
beginnt
mit
der
Feststellung,
dass
die
Differenz
zwischen
aufeinanderfolgenden Quadratzahlen immer eine ungerade Zahl ergibt und um 2 wächst:
1?
=
3
4?
5?
6?
7°
8?
9?
10?
|
4
9
16
25
36
49
64
81
100
PA
IN
PA
PA
PA
IN
IN
I \
PA
\
3
5
7
9
11
13
15
17
19
si
Jede einzelne Zahl aus der Unendlichkeit der ungeraden Zahlen kann zu einer bestimmten
Quadratzahl addiert werden, so dass sich eine weitere Quadratzahl ergibt. Ein Bruchteil
dieser ungeraden Zahlen besteht selbst aus Quadratzahlen, doch ein Bruchteil des
Unendlichen ist ebenfalls unendlich.
Deshalb gibt es auch eine unendliche Anzahl von ungeraden Quadratzahlen, die zu einer
Quadratzahl addiert eine weitere Quadratzahl ergeben.
Mit anderen Worten, es muss eine unendliche Anzahl pythagoreischer Tripel existieren.”®
% Vel. o. a., Singh, S. : S. 347 f
Page 20
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)12. Großer Fermatscher Satz
Ausgehend von a? + b? = c? liegt es nahe zu fragen, ob es Zahlentripel a, b und c von
natürlichen Zahlen ( ohne Null ) gibt, die Lösungen von Gleichungen der Art
ar + br = (2
fúr n > 2 haben.
Fermat schrieb im Jahr 1637 bei der Lektüre , ARITHMETICA* von Diophantos neben
den Satz des Pythagoras folgende Randbemerkung in seine Ausgabe dieses Buches (zu
deutsch):
„Es ist nicht möglich, einen Kubus in zwei Kuben, oder ein Biquadrat in zwei Biquadrate
und allgemein Potenz, hóher als die zweite, in zwei Potenzen mit demselben Exponenten
zu zerlegen.
Und eine weitere Bemerkung schreibt Fermat zu seiner ersten hinzu, die Generationen von
Mathematikern den Schlaf rauben sollte:
Ich habe hierfür einen wahrhaft wunderbaren Beweis, doch ist dieser Rand hier zu
.
schmal, um ihn zu fassen‘
‘E
7
Somit stellte Fermat also die Behauptung auf, dass es keine derartigen ( Fermatschen )
Tripel gibt, für die die Gleichung a” + br = er erfüllt ist, wenn n > 2.
Obwohl er eben keinen Beweis angab, wird diese Fermatsche Vermutung als großer oder
letzter Fermatscher Satz bezeichnet.
Diese ,,Randnotiz“ von Fermat — das große Rätsel — beschäftigte mehr als 350 Jahre lang
die nachfolgenden mathematischen Pioniere in der Geschichte.
Die Kurzgeschichte „The Devil and Simon Flagg“ aus „Deals with the Devil“ — eine
Fausterzählung — von Arthur Poges umschreibt diese mathematische Odyssee:
..., Weißt du“, gestand der Teufel, „nicht einmal die besten Mathematiker auf den anderen
Planeten — alle viel weiter als deiner — konnten das Rätsel lösen. Da ist sogar ein Kerl auf
Saturn, der aussieht wie ein Pilz aufStelzen und partielle Differentialgleichungen im Kopf
löst: selbst der hat aufgegeben. “
The Devil and Simon Flagg **
7 Vgl. o. a., Singh, S.: S. 86 f
Page 21
Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)Jahrhundertelang konnte eben kein allgemeiner Beweis fiir diesen Satz gefunden werden
auBer für Spezialfälle:
So hat Leonhard Euler in der fermatschen Version der ,,Arithmetica“ einen gut
versteckten Beweis für den Fall n = 4 gefunden und somit 1753 mit Hilfe von imaginären
Zahlen erstmals die Behauptung für den Fall n = 3 beweisen können. Damit gelang es
auch die fermatsche Vermutung auf alle Potenzen n, die ein Vielfaches von 3 oder 4 ( also
6, 9, 12,... ) ausmachen, zu erweitern. Euler schaffte es aber nicht, seine Beweismethode
auf noch weitere Einzelfälle auszudehnen.
Die Mathematiker dieser Zeit versuchten, den Satz für alle Primzahlen zu beweisen — aus
ihnen lassen sich durch Multiplikation auch alle anderen natürlichen Zahlen erzeugen.
Dennoch hatte man es immer noch mit einer unendlichen Zahlenmenge zu tun und damit
auch mit unendlich vielen zu beweisenden Fällen.
Im Jahre 1825 konnten Peter Gustav Lejeune-Dirichlet und Adrien-Marie Legendre den
Satz für n = 5 beweisen und 1839 zeigte Gabriel Lamé für n = 7 die Gültigkeit.
1846 folgt der Beweis für alle regulären Primzahlen von Ernst Kummer und 1994
schließlich kann dann endlich der britische Mathematiker Andrew Wiles mit seinem
Schüler Richard Taylor den großen fermatschen Satz allgemeingültig beweisen. Der
Beweis besteht aus zwei Teilen:
l.
Sind a, b, c, n mit a" + br = cr ein Gegenbeispiel für den fermatschen Satz, so ist die
elliptische Kurve
y?=x*(x-ar)*(x+b" )
nicht modular. Dies wurde 1986 von G. Frey vermutet und 1990 von K. Ribet
bewiesen.
2.
Alle elliptischen Kurven sind modular. Diese so genannte Taniyama-SchimuraVermutung wurde für eine große Klasse von elliptischen Kurven, die die Frey-Kurve
umfasst, 1994 von Wiles und Taylor bewiesen.
Im 98-seitigen Beweis nutzt Wiles letztlich nahezu jedes Gebiet, das die heutige
Zahlentheorie bietet. ”
% Vgl. ebd., Singh, S.: S. 94 f
39 Vel. http://de.wikipedia.org/wiki/GroAWer_fermatscher Satz, S. 2 f
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Voir dans le PDF(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)13. Literaturverzeichnis:
Staab, Gregor: PYTHAGORAS IN DER SPATANTIKE; Studien zu De Vita
Pythagorica des lamblichos von Chalkis, Leipzig 2002
e
Laubenbacher, Reinhard; Pengelley, David: Mathematical Expeditions, SpringerVerlag, New York 1999
e
Singh, Simon: Fermats letzter Satz, Die abenteuerliche Geschichte eines
mathematischen Rätsels, Carl Hanser Verlag, München Wien 1998
e
Miiller-Fonfara, Robert: Mathematik verstehen, Falken-Verlag GmbH,
Niedernhausen 1994
14. Verwendete Internetseiten
e
http://www.did.math.ewf.uni-erlangen.de/Verschie/Gut_Ref/Pythago/Pythagoras.html
e
http://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoras
e
http://de.wikipedia.org/wiki/Satz_des_ Pythagoras
e
http://did.mat.uni-bayreuth.de/studium/seminar/hypermedl/klarner/seite.htm
e
http://www.satzdespythagoras.de/entstehung.html
e
http://www.satzdespythagoras.de/biographie.htm|
e
http://de.wikipedia.org/wiki/GroAVier_fermatscher_ Satz
e
http://de.wikipedia.org/wiki/PythagorÁciisches Tripel
http://www.mathe.tu-freiburg.de/-hebisch/cafe/pythtripel.html