以下是您如何从零开始计算答案,而无需对表单进行任何巧妙的洞察“让我们尝试这样的解决方案这!".
它做需要一些“交易技巧”,当他们出现时我会指出。但这些都是通用的技巧,而不是对这个问题的具体见解。除此之外,我们只会在每个步骤中做最简单的事情:-)。
当我第一次回答这个问题时,我把这个问题误解为要求我们的数字是整数。无论哪种方式,这似乎都是一个有趣的问题,所以这里首先是我的原始答案,然后是一个版本(正如OP所希望的那样)不做出这样的假设。
当我们的数字必须是整数时
假设我们的两个数字是$a,b$。它们的几何平均值是$\sqrt{ab}$;这是一个整数,所以$ab$是一个平方。所以[TRICK 1]对于某些整数$p,q,r$,我们必须有$a=pq^2$和$b=pr^2$。
这考虑了几何平均值。算术平均值只需要$a,b$就可以有相同的奇偶校验,这很容易。那么谐波意味着什么呢?这是$\frac{2ab}{a+b}$。它必须是一个整数,所以让我们给它一个名称,$h$说。所以$2ab=h(a+b)$或者,根据我们上面介绍的新变量,$2p^2q^2r^2=ph(q^2+r^2)$。让我们损失一个系数$p$:$2pq^2r^2=h(q^2+r^2)$。记住,这个等式是我们唯一需要的除了确保$a、b$都是奇数或偶数之外。
接下来要注意的是,LHS是$q^2$和$r^2$的倍数。如果右边的$q^2+r^2$这个因子没有阻碍,那不是很好吗?啊哈!我们可以摆脱它,因为我们可以假设$q$和$r$是互质.为什么?因为我们只需要$a=pq^2$和$b=pr^2$,如果$q,r$有一个公因数,我们可以把它的平方移到$p$中。
所以,我们有$q,r$互质。现在$q^2\mathrel|2pq^2r^2=h(q^2+r^2)$。由于显然$q^2 \mathrel|hq^2$,这产生了$q^2 \mathrel|hr^2$,现在由于$q,r$没有公共因子,我们必须有$q^2 \mathrel|h$。类似地,$r^2\mathrel|h$。更好的是,因为$q,r$没有共同的因子,这两个因子给了我们$q^2r^2\mathrel|h$。
就像原来的HM一样,我们有一个东西要除掉另一个东西,所以让我们命名商。说$h=tq^2r^2$。我们看到的方程式发生了什么变化?它变成$2pq^2r^2=tq^2r ^2(q^2+r^2)$,或者,除垃圾后,$2p=t(q^2+r^1)$。
但现在我们完成了,因为我们可以(再次,除了对平价有点谨慎之外)将$q、r、t$作为我们喜欢的任何东西,并且定义按这个等式$p$!然后我们将得到$p=t(q^2+r^2)/2$,然后$a=pq^2$和$b=pr^2$。
让我们找出那些奇偶约束。如果$q,r$具有相同的奇偶校验(即都是奇数或都是偶数),那么$q^2+r^2$是偶数,所以$p$自动是整数,$a,b$自动具有相同的奇偶校验,所以一切都好。如果$q,r$具有相反的奇偶性,那么我们将需要$p$不仅是整数,而且是偶数,并且由于$q^2+r^2$将是奇数,这需要$t$是4的倍数。
将这些位放在一起,以下过程(1)总是产生带有AM、GM、HM所有整数的$a、b$,并且(2)产生每个可能的$a和b$:
选择正整数$q、r、t$。如果$q、r$的平价相反,则$t$必须是4的倍数;否则$t$是不受限制的。现在写$p=t(q^2+r^2)/2$,然后写$a=pq^2$和$b=pr^2$。(这给出了$a\neq-b$提供的$q\neq-r$。)
让我们看几个简单的例子,试图使我们的数字变小。首先,$q,r$具有相同的平价。让我们试试$q=1,r=3$。那么$t$可以是任何东西;让我们把它设置为1。我们得到$p=5$,然后$a,b=5,45$。AM是25,GM是15,HM是9。
接下来,$p,q$的平价相反。让我们试试$q=1,r=2$。那么$t$必须是4的倍数;让我们定为4。我们得到$p=10$,然后得到$a,b=10,40$。AM是25,GM是20,HM是16。
当我们的数字不需要是整数时
正如我在上面所承认的,所有这些都假设你特别希望你的数字$a,b$是整数。如果你很高兴他们能成为任何实数呢?这给了你多少额外的自由?也许比你想象的要少;让我们看看。再一次,到目前为止,我只想做一些简单的事情,看看它们会走向何方。
首先,他们的AM是一个整数。称之为$n$;对于某些(不一定是整数)$d$,我们的数字是$a=n+d$和$b=n-d$。现在GM$\sqrt{ab}$也是一个整数,所以它的平方$ab$当然是,所以$(n+d)(n-d)=n^2-d^2$是一个整数。所以$d$是整数的平方根;假设它是$\sqrt{m}$。最后,HM是$\frac{2ab}{a+b}=\frac{ab}个=\frac{n^2-m}n$,所以$m$是$n$的整数倍,比如$kn$。
到目前为止,我们已经知道对于某些整数$n,k$,我们有$a,b=n\pm\sqrt{kn}$。我们唯一还没有使用的是GM本身(不仅仅是它的平方)是一个整数;也就是说,$n^2-kn=n(n-k)$是一个正方形;我们在上面建立的条件足以使AM和HM平方,而GM是整数的平方根。所以,唯一进一步的条件是$n(n-k)$是一个正方形。好吧,根据上面的TRICK1,这与整数$p,q,r$的$n=pq^2$和$n-k=pr^2$相同。
因此,当$a、b$不必是整数时,以下是一般的解决方案:
选择正整数$p、q、r$,其中$r<q$。写下$n=pq^2$和$k=p(q^2-r^2)$。设置$a,b=n\pm\sqrt{kn}$。
让我们再次看一个简单的例子,其中涉及的整数是小的,而$a、b$本身不是整数。首先,取$p=1,q=2,r=1$。然后$n=4$和$k=3$,我们的数字是$4\pm\sqrt{12}$。AM为4;总经理为2人;HM为1。