Quadrato perfetto

Voce principale: Quadrato (algebra).

In matematica un quadrato perfetto o numero quadrato è un numero intero che può essere espresso come il quadrato di un altro numero intero, ovvero un numero la cui radice quadrata principale è anch'essa un numero intero. Ad esempio, 9 è un quadrato perfetto in quanto può essere scritto come 3 × 3. Un numero è un quadrato perfetto quando, scomposto, presenta tutti esponenti pari: scrivendo il numero come prodotto di potenze di numeri primi ottenuti dalla scomposizione si ha che la radice quadrata di tale prodotto è intera se tutti i fattori si estraggono di radice, ciò può accadere solo se l'esponente di ogni fattore è pari.

Talora da questi numeri si esclude lo zero, cioè per quadrato perfetto si intende un intero positivo che è il quadrato di un altro intero positivo.

I primi 100 quadrati perfetti^[1] sono:

Un numero m è un quadrato perfetto se e solo se è possibile disporre m punti per formare un quadrato geometrico, per questo l'elevamento alla seconda potenza è chiamato anche elevamento al quadrato.

1
4
9
16
25

La formula dell'n-esimo quadrato perfetto è n².

Si osserva inoltre che la successione delle differenze fra due quadrati perfetti consecutivi è la successione dei numeri dispari positivi:

1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, ..., 2n - 1 ,2n + 1 , ...

L'n-esimo quadrato perfetto è perciò equivalente alla somma dei primi n numeri dispari, come si può vedere dalle figure sopra, dove un quadrato viene ottenuto dal precedente aggiungendo un numero dispari di punti. Ad esempio:

5² = 25 = 1 + 3 + 5 + 7 + 9.

La somma dei numeri dispari si può scrivere sotto forma di sommatoria: ${\displaystyle n^{2}=\sum _{k=0}^{n-1}(2k+1)}$.

L'n-esimo quadrato perfetto può essere calcolato dal precedente nel seguente modo:

n² = (n-1)² + (2n-1)

Ad esempio:

6² = 5² + (2×6 - 1) = 25 + 11 = 36

L'n-esimo quadrato perfetto può essere calcolato dai precedenti due nel seguente modo:

n² = 2 × (n-1)² - (n-2)² + 2

Ad esempio:

6² = 2×5² - 4² + 2 = 2×25 - 16 + 2 = 50 - 16 + 2 = 36

L'n-esimo quadrato perfetto può essere calcolato dai precedenti tre nel seguente modo:

n² =(n-1)² + (n-2)² - (n-3)² + 4

Ad esempio:

6² = 5² + 4² - 3² + 4 = 25 + 16 - 9 + 4 = 45 - 9 = 36

Un quadrato perfetto equivale anche alla somma di due numeri triangolari consecutivi. La somma di due numeri quadrati consecutivi è un numero quadrato centrato. Ogni numero quadrato dispari è anche un numero ottagonale centrato.

Il teorema dei quattro quadrati dice che ogni intero positivo può essere scritto come somma di 4 quadrati perfetti. 3 quadrati perfetti non sono sufficienti per i numeri nella forma 4^m(8h + 7). Un intero positivo può essere scritto come somma di due quadrati se e solo se la sua fattorizzazione non contiene potenze dispari di numeri primi nella forma 4k+3. Questo risultato è generalizzato nel problema di Waring.

I numeri quadrati sono gli unici ad avere un numero dispari di divisori. Un intero positivo che non ha come divisore nessun quadrato perfetto ad eccezione di 1 si chiama privo di quadrati.

Poiché il prodotto di due numeri negativi è positivo, così come quello di due numeri positivi, nessun numero quadrato è negativo. Ciò ha conseguenze importanti. Ne deriva, in particolare, che non si possa estrarre la radice quadrata di un numero negativo all'interno dei numeri reali. Questo lascia una lacuna nell'insieme dei reali che i matematici hanno riempito creando i numeri immaginari, a cominciare da i, che è per convenzione la radice quadrata di -1.

La definizione di quadrato perfetto può essere estesa all'ambito dei numeri razionali. Si introduce così il concetto di quadrato perfetto razionale, cioè un numero razionale non negativo esprimibile come frazione che in forma ridotta ha come numeratore e come denominatore due quadrati perfetti, il secondo dei quali diverso da 0.

Per esempio 4/9 = 2/3 × 2/3.

I quadrati perfetti razionali sono i soli numeri razionali non negativi la cui radice quadratica principale è anch'essa un numero razionale (non negativo); le radici quadrate di tutti gli altri numeri razionali sono numeri irrazionali, cioè non si possono esprimere come frazioni.

• Numero triangolare
• Numero poligonale
• Numero quadrato triangolare
• Identità dei quattro quadrati di Eulero
• Numero automorfo
• Quadrato (algebra)

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su quadrato perfetto

• (EN) square number, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Eric W. Weisstein, Quadrato perfetto, su MathWorld, Wolfram Research.

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