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Schinzel's theorem

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98: 267: 956: 1042:
The circles generated by Schinzel's construction are not the smallest possible circles passing through the given number of integer points, but they have the advantage that they are described by an explicit equation.
488: 652: 1032: 363: 395: 322: 991: 725: 581: 521: 844: 687: 786: 177: 869: 754: 152: 548: 864: 809: 172: 123: 79: 51: 403: 1070: 586: 1152: 1157: 996: 327: 1110:, Dolciani Mathematical Expositions, vol. 1, Mathematical Association of America, pp. 118–121 1068:(1958), "Sur l'existence d'un cercle passant par un nombre donné de points aux coordonnées entières", 400:
Multiplying both sides of Schinzel's equation by four produces an equivalent equation in integers,
368: 272: 1162: 961: 692: 553: 493: 814: 657: 1083: 759: 730: 128: 8: 583:
as a sum of two squares, and half are in the order (odd, even) by symmetry. For example,
17: 530: 849: 794: 524: 157: 108: 64: 36: 1122: 1126: 1065: 86: 31: 1103: 1079: 58: 262:{\displaystyle \left(x-{\frac {1}{2}}\right)^{2}+y^{2}={\frac {1}{4}}5^{k-1}.} 1146: 951:{\displaystyle \left(x-{\frac {1}{3}}\right)^{2}+y^{2}={\frac {1}{9}}5^{2k}.} 846:, then the circle given by the following equation passes through exactly 154:, then the circle given by the following equation passes through exactly 1131: 527:, where the first is odd and the second is even. There are exactly 101:
Circle through exactly four points given by Schinzel's construction
97: 105:
Schinzel proved this theorem by the following construction. If
54: 1120: 483:{\displaystyle \left(2x-1\right)^{2}+(2y)^{2}=5^{k-1}.} 1004: 365:. For instance, the figure shows a circle with radius 335: 999: 964: 872: 852: 817: 797: 762: 733: 695: 660: 589: 556: 533: 496: 406: 371: 330: 275: 180: 160: 131: 111: 67: 39: 1026: 985: 950: 858: 838: 803: 780: 748: 719: 681: 646: 575: 542: 515: 482: 389: 357: 316: 261: 166: 146: 117: 73: 45: 20:, Schinzel's theorem is the following statement: 1144: 647:{\displaystyle 5^{1}=(\pm 1)^{2}+(\pm 2)^{2}} 1098: 1096: 1094: 1092: 85:It was originally proved by and named after 788:, which produces the four points pictured. 1102: 1060: 1058: 1056: 1089: 1114: 1064: 96: 1053: 1145: 1121: 1027:{\displaystyle ({\tfrac {1}{3}},0)} 358:{\displaystyle ({\tfrac {1}{2}},0)} 13: 14: 1174: 993:, and is centered at the point 324:, and is centered at the point 1106:(1973), "Schinzel's theorem", 1021: 1000: 635: 625: 613: 603: 449: 439: 352: 331: 293: 281: 1: 1046: 1037: 397:through four integer points. 390:{\displaystyle {\sqrt {5}}/2} 317:{\displaystyle 5^{(k-1)/2}/2} 61:that passes through exactly 7: 1071:L'Enseignement mathématique 10: 1179: 125:is an even number, with 92: 986:{\displaystyle 5^{k}/3} 958:This circle has radius 720:{\displaystyle 2x-1=-1} 576:{\displaystyle 5^{k-1}} 516:{\displaystyle 5^{k-1}} 269:This circle has radius 1153:Theorems about circles 1028: 987: 952: 860: 840: 839:{\displaystyle n=2k+1} 805: 791:On the other hand, if 782: 750: 721: 683: 682:{\displaystyle 2x-1=1} 648: 577: 544: 517: 484: 391: 359: 318: 263: 168: 148: 119: 102: 75: 47: 1029: 988: 953: 861: 841: 806: 783: 781:{\displaystyle 2y=-2} 751: 722: 684: 649: 578: 545: 518: 485: 392: 360: 319: 264: 169: 149: 120: 100: 76: 48: 997: 962: 870: 850: 815: 795: 760: 749:{\displaystyle 2y=2} 731: 693: 658: 587: 554: 531: 494: 404: 369: 328: 273: 178: 158: 147:{\displaystyle n=2k} 129: 109: 65: 37: 1158:Geometry of numbers 1108:Mathematical Gems I 28: —  18:geometry of numbers 1123:Weisstein, Eric W. 1024: 1013: 983: 948: 856: 836: 801: 778: 746: 717: 679: 644: 573: 543:{\displaystyle 4k} 540: 525:sum of two squares 513: 480: 387: 355: 344: 314: 259: 164: 144: 115: 103: 71: 43: 26: 25:Schinzel's theorem 1127:"Schinzel Circle" 1012: 930: 893: 859:{\displaystyle n} 804:{\displaystyle n} 377: 343: 238: 201: 167:{\displaystyle n} 118:{\displaystyle n} 74:{\displaystyle n} 53:, there exists a 46:{\displaystyle n} 24: 1170: 1137: 1136: 1135: 1118: 1112: 1111: 1104:Honsberger, Ross 1100: 1087: 1086: 1062: 1033: 1031: 1030: 1025: 1014: 1005: 992: 990: 989: 984: 979: 974: 973: 957: 955: 954: 949: 944: 943: 931: 923: 918: 917: 905: 904: 899: 895: 894: 886: 865: 863: 862: 857: 845: 843: 842: 837: 810: 808: 807: 802: 787: 785: 784: 779: 755: 753: 752: 747: 726: 724: 723: 718: 688: 686: 685: 680: 653: 651: 650: 645: 643: 642: 621: 620: 599: 598: 582: 580: 579: 574: 572: 571: 549: 547: 546: 541: 522: 520: 519: 514: 512: 511: 489: 487: 486: 481: 476: 475: 457: 456: 435: 434: 429: 425: 396: 394: 393: 388: 383: 378: 373: 364: 362: 361: 356: 345: 336: 323: 321: 320: 315: 310: 305: 304: 300: 268: 266: 265: 260: 255: 254: 239: 231: 226: 225: 213: 212: 207: 203: 202: 194: 173: 171: 170: 165: 153: 151: 150: 145: 124: 122: 121: 116: 87:Andrzej Schinzel 81:integer points. 80: 78: 77: 72: 52: 50: 49: 44: 32:positive integer 29: 1178: 1177: 1173: 1172: 1171: 1169: 1168: 1167: 1143: 1142: 1141: 1140: 1119: 1115: 1101: 1090: 1066:Schinzel, André 1063: 1054: 1049: 1040: 1003: 998: 995: 994: 975: 969: 965: 963: 960: 959: 936: 932: 922: 913: 909: 900: 885: 878: 874: 873: 871: 868: 867: 851: 848: 847: 816: 813: 812: 796: 793: 792: 761: 758: 757: 732: 729: 728: 694: 691: 690: 659: 656: 655: 638: 634: 616: 612: 594: 590: 588: 585: 584: 561: 557: 555: 552: 551: 532: 529: 528: 501: 497: 495: 492: 491: 465: 461: 452: 448: 430: 412: 408: 407: 405: 402: 401: 379: 372: 370: 367: 366: 334: 329: 326: 325: 306: 296: 280: 276: 274: 271: 270: 244: 240: 230: 221: 217: 208: 193: 186: 182: 181: 179: 176: 175: 159: 156: 155: 130: 127: 126: 110: 107: 106: 95: 83: 66: 63: 62: 59:Euclidean plane 38: 35: 34: 27: 12: 11: 5: 1176: 1166: 1165: 1163:Lattice points 1160: 1155: 1139: 1138: 1113: 1088: 1051: 1050: 1048: 1045: 1039: 1036: 1023: 1020: 1017: 1011: 1008: 1002: 982: 978: 972: 968: 947: 942: 939: 935: 929: 926: 921: 916: 912: 908: 903: 898: 892: 889: 884: 881: 877: 855: 835: 832: 829: 826: 823: 820: 800: 777: 774: 771: 768: 765: 745: 742: 739: 736: 716: 713: 710: 707: 704: 701: 698: 678: 675: 672: 669: 666: 663: 641: 637: 633: 630: 627: 624: 619: 615: 611: 608: 605: 602: 597: 593: 570: 567: 564: 560: 550:ways to write 539: 536: 510: 507: 504: 500: 479: 474: 471: 468: 464: 460: 455: 451: 447: 444: 441: 438: 433: 428: 424: 421: 418: 415: 411: 386: 382: 376: 354: 351: 348: 342: 339: 333: 313: 309: 303: 299: 295: 292: 289: 286: 283: 279: 258: 253: 250: 247: 243: 237: 234: 229: 224: 220: 216: 211: 206: 200: 197: 192: 189: 185: 163: 143: 140: 137: 134: 114: 94: 91: 70: 42: 30:For any given 22: 9: 6: 4: 3: 2: 1175: 1164: 1161: 1159: 1156: 1154: 1151: 1150: 1148: 1134: 1133: 1128: 1124: 1117: 1109: 1105: 1099: 1097: 1095: 1093: 1085: 1081: 1077: 1074:(in French), 1073: 1072: 1067: 1061: 1059: 1057: 1052: 1044: 1035: 1018: 1015: 1009: 1006: 980: 976: 970: 966: 945: 940: 937: 933: 927: 924: 919: 914: 910: 906: 901: 896: 890: 887: 882: 879: 875: 853: 833: 830: 827: 824: 821: 818: 811:is odd, with 798: 789: 775: 772: 769: 766: 763: 743: 740: 737: 734: 714: 711: 708: 705: 702: 699: 696: 676: 673: 670: 667: 664: 661: 654:, so we have 639: 631: 628: 622: 617: 609: 606: 600: 595: 591: 568: 565: 562: 558: 537: 534: 526: 508: 505: 502: 498: 477: 472: 469: 466: 462: 458: 453: 445: 442: 436: 431: 426: 422: 419: 416: 413: 409: 398: 384: 380: 374: 349: 346: 340: 337: 311: 307: 301: 297: 290: 287: 284: 277: 256: 251: 248: 245: 241: 235: 232: 227: 222: 218: 214: 209: 204: 198: 195: 190: 187: 183: 161: 141: 138: 135: 132: 112: 99: 90: 88: 82: 68: 60: 56: 40: 33: 21: 19: 1130: 1116: 1107: 1075: 1069: 1041: 790: 490:This writes 399: 104: 84: 23: 15: 1147:Categories 1047:References 1038:Properties 1132:MathWorld 1078:: 71–72, 883:− 773:− 712:− 703:− 668:− 629:± 607:± 566:− 506:− 470:− 420:− 288:− 249:− 191:− 866:points: 174:points: 1084:0098059 57:in the 16:In the 1082:  727:, and 55:circle 523:as a 93:Proof 756:or 689:or 1149:: 1129:, 1125:, 1091:^ 1080:MR 1055:^ 1034:. 89:. 1076:4 1022:) 1019:0 1016:, 1010:3 1007:1 1001:( 981:3 977:/ 971:k 967:5 946:. 941:k 938:2 934:5 928:9 925:1 920:= 915:2 911:y 907:+ 902:2 897:) 891:3 888:1 880:x 876:( 854:n 834:1 831:+ 828:k 825:2 822:= 819:n 799:n 776:2 770:= 767:y 764:2 744:2 741:= 738:y 735:2 715:1 709:= 706:1 700:x 697:2 677:1 674:= 671:1 665:x 662:2 640:2 636:) 632:2 626:( 623:+ 618:2 614:) 610:1 604:( 601:= 596:1 592:5 569:1 563:k 559:5 538:k 535:4 509:1 503:k 499:5 478:. 473:1 467:k 463:5 459:= 454:2 450:) 446:y 443:2 440:( 437:+ 432:2 427:) 423:1 417:x 414:2 410:( 385:2 381:/ 375:5 353:) 350:0 347:, 341:2 338:1 332:( 312:2 308:/ 302:2 298:/ 294:) 291:1 285:k 282:( 278:5 257:. 252:1 246:k 242:5 236:4 233:1 228:= 223:2 219:y 215:+ 210:2 205:) 199:2 196:1 188:x 184:( 162:n 142:k 139:2 136:= 133:n 113:n 69:n 41:n

Index

geometry of numbers
positive integer
circle
Euclidean plane
Andrzej Schinzel

sum of two squares



Schinzel, André
L'Enseignement mathématique
MR
0098059




Honsberger, Ross
Weisstein, Eric W.
"Schinzel Circle"
MathWorld
Categories
Theorems about circles
Geometry of numbers
Lattice points

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