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不可思议的整数

掷3次骰子组合出一个三位数

你愿意参加下面的游戏吗?

掷3次骰子,将获得的3个数字自由组合成一个三位数(比如获得数字1、5、6,则可以将其组合成156或561等)。

将这个三位数连着写两遍(如果是156则写156156),然后,用得到的六位数除以7,假设此时得到的余数就是你的幸运数字。

游戏规则是,你可以拿到和幸运数字相同数量的1万日元纸币,但是必须要先交1000日元的报名费。

六位数除以7后得到的余数可能是0、1、2、3、4、5、6,也就是说最多可以拿到6万日元,而只要不是运气太差获得的六位数刚好能被7整除,至少都能拿到1万日元,因此许多人都跃跃欲试。

但是希望你再仔细思考一下。我不建议你参加这场游戏。假设六位数是156156,你试着算一下。156156÷7=22308,六位数能够被7整除,所以余数是0,你的奖金梦落空了。实际上,这场游戏中所有的余数都是0。

下面就让我们揭开这个游戏的谜底吧。

将三位数连着写两遍就相当于用三位数乘以1001,而1001可以被7整除,所以你的“幸运数字”一定是0。

其实,用骰子只是为了增强游戏效果,任何一个三位数连写两遍都会得到同样的结果。

幸运数字必为0

著名数学家费马留下的信息

0和从0开始依次递增1(1、2、3……)或递减1得到的数(-1、-2、-3……)都被称作整数,研究整数性质的数学分支叫作数论。尽管我们对整数非常熟悉,但它的性质在研究界却一直被认为扑朔迷离。

例如,当n为大于或等于3的整数时,不存在非零自然数(大于或等于1的整数)x、y、z,能使等式x n +y n =z n 成立。这就是费马大定理。皮埃尔·德·费马(1607-1665)是17世纪知名的法国数学家,他曾在一本书的空白处写道:“关于此定理,我已经发现了一种美妙的证法,可惜这里空白的地方太小,写不下。”

遗憾的是,现代的数学家多认为费马发现的证明方法有缺陷。因为证明这一定理非常复杂,需要用到现代数学的技巧,所以直到费马去世300多年后(1994年)才由英国的数学家安德鲁·怀尔斯(1953-)成功证明。

一共只存在51个“完全数”

整数分为很多种类,且分别有不同的名字,例如自然数、质数、偶数、奇数、三角数、平方数、亲和数、勾股数(见下一页)。

其中还包括像“完全数”这种颇为威风的数字。

如果整数a能被整数b整除,那么就称b为a的约数。在正整数范围内,如果一个整数恰好等于它的约数(除了自身以外)之和,则称该数为“完全数”。最小的完全数是6,除此之外,还有28、496、8128,10000以内的完全数仅此4个,目前为止研究者们仅发现了51个完全数。

各种各样的整数

完全数

2018年发现了第51个完全数,数字的位数超过4900万,非常庞大。由于从公元前4世纪左右开始至今,一共才发现51个完全数,所以,完全数是十分罕见的数字。但数学家们都期待有无数个完全数存在(尚未证明)。

坎特伯雷大主教首任主教圣奥斯定因在英格兰传教而闻名,他也曾说:“6本身就是完美的数,并不是因为上帝用6天创造了万物,所以6就是完美的,事实恰恰相反。正因为6是完全数,所以上帝才要赶在6天内完成创造万物的工作。”

此外,因为6是前两个质数2和3的乘积,所以6的倍数中有许多都能被各种数整除,便于计算。事实上,我们生活中就存在很多6的倍数(12个月、24小时、30天、60分、360度等)。

而6之后的完全数是28,稳定的原子核中质子和中子总数即为28个(这样的数也被称为幻数),构成成年人头盖骨的骨头总数(不包含舌骨)和成年人的牙齿总数(不包含智齿)都是28。此外,100年内每过28年,日期和星期就会循环一次,所以我们可以直接使用28年前的日历。

神奇的“6174”

还有一个具有神奇性质的整数“6174”。这本书写于2019年夏天,那么现在就用2、0、1、9这4个数字分别组合成一个最大的数和一个最小的数,然后将二者相减,即“9210”减“0129”(0129即129),结果是“9081”。再用“9081”重复相同的步骤,得到“9621”,继续重复可以得到“8352”,8、3、5、2可以组成的最大数和最小数分别为“8532”和“2358”,二者的差即为“6174”。

到这里并没有什么特别之处,甚至可能会让人感到有些无聊。但如果我告诉你,继续重复同样的步骤后,不论最初的4个数字是什么数字,最后一定能够得到“6174”这一结果,神不神奇?想要验证非常简单,不妨就用自己出生的年份试试(不过如果4个数字中所有数字都相同的话,像“9999”,结果则是0)。

具有这样性质的数字叫作卡布列克常数。卡布列克是20世纪印度的数学家,正是他发现了数字的这一性质。四位数中只有“6174”是卡布列克常数,三位数的卡布列克常数是“495”,六位数的有“549945”和“631764”(五位数中不存在卡布列克常数)。包括0在内,目前共发现了20个卡布列克常数。

神奇数字“6174”

约翰·卡尔·弗里德里希·高斯(1777-1855)是19世纪德国最伟大的数学家之一,他曾说过:“数论是数学中的皇冠。”我认为这不仅是因为数论难度级别高,更是由于数论中的许多思路都极具美感(有关数学之美将在第3章详述)。此外,还有可能是因为数论的方法和理论独具一格,无法应用于其他领域,颇有孤高的气质,让人觉得它如“皇冠”一般高贵。 eC221xrqf3LEImja/9s4hevObGc8AV0POj9M6EJWW8IfRCfp8PXXbRt9Y2H3Ayay

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