每日一题[2047]完全平方数

设 $\triangle ABC$ 的三边长 $a,b,c$ 都是整数,面积是有理数,则 $a$ 的最小值是_______.

答案    $3$.

解析    取三边为 $3,4,5$ 的三角形,其面积为 $6$,此时 $a$ 的值可以取 $3$.

当 $a=1$ 时,有\[|a-b|<c<|a+b|\iff c=b,\]此时 $\triangle ABC$ 的面积为 $\dfrac 14\sqrt{4b^2-1}$,注意到 $4b^2-1\equiv 3\pmod 4$,不为完全平方数,因此 $\triangle ABC$ 的面积不可能是有理数.

当 $a=2$ 时,不妨设 $2\leqslant b\leqslant c$,有\[|a-b|<c<|a+b|\iff c=b\lor c=b+1.\] 若 $c=b$,则 $\triangle ABC$ 的面积为 $\sqrt{b^2-1}$,注意到 $b^2-1\equiv 3\pmod 4$,因此 $\triangle ABC$ 的面积不可能是有理数. 若 $c=b+1$,则\[\cos C=\dfrac{b^2+2^2-(b+1)^2}{4b}=\dfrac{-2b+3}{4b},\]于是面积为有理数,等价于 $\sin C$ 为有理数,即\[\sqrt{(4b)^2-(-2b+3)^2}=\sqrt{12b^2+12b-9}\]为完全平方数,注意到 $12b^2+12b-9\equiv 3\pmod 4$,因此 $\triangle ABC$ 的面积不可能是有理数.

综上所述,$a$ 的值不可能为 $1,2$,最小值为$3$.

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