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一隻眼看世界上最大的數字
一隻眼看世界上最大的數字
更新时间:2024-10-21 01:19:05

你對正整數有感覺嗎?你喜歡哪個(些)正整數?你知道數論嗎?正整數優美嗎?

A. 完美數

無論是物質世界,還是精神世界,都離不開數學。最早悟出萬物背後都有數的法則在起作用的,是生活在公元前6世紀的古希臘數學家和哲學家畢達哥拉斯;而他及其學派無論在代數上還是幾何上都有很多貢獻。其中舉世聞名的"完美數"(perfect number,又稱"完全數"和"完滿數") 就是他們首先發現的。

法國數學家和哲學家笛卡爾曾公開預言:"能找出完美數是不會多的,好比人類一樣,要找一個完美人亦非易事。"可見這種數既優美又稀少。

所謂完美數,就是"除其本身以外全部因數之和等于本身"的數。研究數字的先師畢達哥拉斯發現6的真因數1、2、3之和還等于6,他十分感興趣地說:"6象征着完滿的婚姻以及健康和美麗,因為它的部分是完整的,并且其和等于自身。"

一隻眼看世界上最大的數字(一顆顆璀璨的正整數中的數字珍珠)1

當除數可以整除被除數(意即被除數=除數*商),則除數叫做被除數的因數。

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素數就是質數。它除了能表示為它自己和1的乘積以外,不能表示為任何其它兩個整數的乘積。如6的所有真約數是1、2、3,而且6=1+2+3。像這樣,一個數所有真約數的和正好等于這個數,通常把這個數叫做完美數。任何一個自然數的約數中都有1和它本身,我們把小于它本身的因數叫做這個自然數的真約數。

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完美數有多少? 隻發現20多個。例如6的因數位1,2,3,而6=1 2 3;28的因數為1,2,4,7,14,而 1 2 4 7 14;496的因數為1,2,4,8,18,31,62,124,248,而496=1 2 4 8 18 31 62 124 248。第四個完美數是8128(1000多年前);具體探源如下:

古希臘哲學家柏拉圖在他的《共和國》一書中提出了完美數的概念。不過,有人認為或許印度人和希伯來人早就知道完美數的存在了。有些《聖經》注釋家認為6和28是上帝創造世界時所用的基本數字;他們指出,創造世界花了6天,28天則是月亮繞地球一周的天數。這使得完美數充滿了神秘的色彩,所以有些書籍稱之為"上帝之數"。

約公元前300年,幾何大師歐幾裡得在他的巨著《幾何原本》第九章最後一個命題首次給出了尋找完美數的方法,被譽為歐幾裡得定理:"如果2n-1是一個素數,那麼自然數2n-1一定是一個完美數。"并給出了證明。

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公元1世紀,畢達哥拉斯學派成員、古希臘著名數學家尼可馬修斯在他的數論專著《算術入門》一書中,正确地給出了6、28、496、8128這四個完美數,并且通俗地複述了歐幾裡得尋找完美數的定理及其證明。他還将自然數劃分為三類:富裕數、不足數和完美數,其意義分别是小于、大于和等于所有真因數之和。

1460年,還當人們迷惘之際,有人偶然發現在一位無名氏的手稿中,竟神秘地給出了第五個完美數33550336。這比起第四個完美數8128大了4000多倍。跨度如此之大,在計算落後的古代可想發現者之艱辛了,但是,手稿裡沒有說明他用什麼方法得到的,又沒有公布自己的姓名,這更使人迷惑不解了。

17世紀"神數術"大師龐格斯在一本洋洋700頁的巨著《數的玄學》中,一口氣列出了28個所謂"完美數",他是在塔塔利亞給出的20個的基礎上補充了8個。可惜兩人都沒有給出證明和運算過程,後人發現其中有許多是錯誤的。

1603年,數學家克特迪曆盡艱辛,終于證明了無名氏手稿中第五個完美數是正确的,同時他還正确地發現了第六個和第七個完美數216(217-1)和218(219-1),但他又錯誤地認為222(223-1)、228(229-1)和236(237-1)也是完美數。這三個數後來被大數學家費爾馬和歐拉否定了。

1644年,法國神甫兼大數學家梅森指出,龐格斯給出的28個"完美數"中,隻有8個是正确的,即當n=2,3,5,7,13,17, 19, 31時,2n-1(2n-1)是完美數,同時又增加了 n=67,127和257。

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在未證明的情況下他武斷地說:當 n ≤ 257時,隻有這 11個完美數。這就是著名的"梅森猜測"。完美數有許多有趣的性質:

1. 它們都能寫成連續自然數之和:6=1 2 3, 28=1 2 3 4 5 6 7, 496=1 2 3 4 ...... 31, 8128=1 2 3 4 ...... 127

2.它們的尾數都是6或8。

3.它們的全部因數的倒數之和都是2。1/1 1/2 1/3 1/6=2 ; 1/1 1/2 1/4 1/7 1/(14) 1/(28)=2 ;/1 1/2 1/4 1/8 1/(16) 1/(31) 1/(62) 1/(124) 1/(248) 1/(496)=2 ;

物以稀為貴。雖然未找到實際中的特别用途,但完美數的奇異和美麗吸引了許多人

B. Mersen數

當n=2,3,5,7,13,17時,Cn确實是前六個完美數。

一隻眼看世界上最大的數字(一顆顆璀璨的正整數中的數字珍珠)6

1730年,被稱為世界四大數學家雄獅之一的歐拉,時年23歲,正值風華茂盛。他出手不凡,給出了一個出色的定理:"每一個偶完美數都是形如2n-1(2n-1)的自然數,其中n是素數,2n-1也是素數",并給出了他一直沒有發表的證明。這是歐幾裡得定理的逆定理。有了歐幾裡得與歐拉兩個互逆定理,公式2n-1(2n-1)成為判斷一個偶數是不是完美數的充要條件了。

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歐拉研究"梅森猜測"後指出:"我冒險斷言:每一個小于50的素數,甚至小于100的素數使2n-1(2n-1)是完美數的僅有n取2,3,5,7,13,17,19,31,41,47,我從一個優美的定理出發得到了這些結果,我自信它們具有真實性。"

1772年,歐拉因過度拼命研究雙目已經失明了,但他仍未停止研究,他在緻瑞士數學家丹尼爾的一封信中說:"我已經心算證明n=31時,230(231-1)是第8個完美數。"同時,他發現他過去認為n=41和n=47時是完美數是錯誤的。

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形如2^p -1的正整數,其中p是素數,常記為Mp 。若Mp是素數,則稱為梅森素數。p=2,3,5,7時,Mp都是素數,但M11=2047=23×89不是素數 。已發現的最大梅森素數是p=24036583的情形,此時 Mp 是一個7235733位數。是否有無窮多個梅森素數是數論中未解決的難題之一。

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為了激勵人們尋找梅森素數,設在美國的電子新領域基金會(EFF)曾向全世界宣布了為通過一個名為"因特網梅森素數大搜索"(GIMPS)項目來尋找梅森素數而設立的獎金。它規定向第一個找到超過1000萬位數的個人或機構頒發10萬美元。後面的獎金依次為:超過1億位數,15萬美元;超過10億位數,25萬美元。當然,絕大多數研究者參與該項目并不是為了金錢,而是出于興趣、榮譽感和探索精神。

美國加州大學洛杉矶分校的計算機專家史密斯通過參加GIMPS項目,于2008年8月23日找到了迄今已知的最大梅森素數2^43112609-1;該數也是目前已知的最大素數。這個素數有12978189位;如果用普通字号(4号)将它連續打下來,其長度可超過50公裡!人類也因此發現了迄今已知的最大偶完美數——2^43112608(2^43112609-1)。史密斯的成就被著名的《時代》雜志評為"2008年度50項最佳發明"之一。前不久,他獲得了EFF頒布的10萬美元大獎。

梅森素數在當代具有重大的理論意義和豐富的實用價值。它是發現已知最大偶完美數的唯一途徑;其探究推動了"數學皇後"——數論的研究,促進了計算技術、密碼技術、網格技術、程序設計技術的發展以及快速傅立葉變換的應用;另外它還可用來測試計算機硬件運算是否正确。由于梅森素數的探究需要多種學科和技術的支持,所以許多科學家認為:梅森素數的研究成果,在一定程度上反映了一個國家的科技水平。

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C. 回文素數

回文素數又稱逆等素數,即把該數諸位逆序排列時與原數完全相等.1000以内的回文素數有16個:11,101,131,151,181,191,313,353,373,383,727,757,787,797,919,929。回文素數是否有無窮多是至今還未解決的問題.

回文詩:《晚秋即景》

煙霞映水碧迢迢,

暮色秋聲一雁遙,

前芩落輝殘照晚,

邊城古樹冷蕭蕭。

倒過來念為:

蕭蕭冷樹古城邊,

晚照殘輝落芩前,

遙雁一聲秋色暮,

迢迢碧水映霞煙。

芩(qín)

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數學中的回文素數或回文質數:試着找一對吧,如:2位數的回文素數有4對:13—31;17—71;37—73;97—79;三位數的回文素數共13對;四位數的回文素數共102對;五位數共684對…………;有趣的是=3.1415926……;前兩位數:31-13;前六位數:314159-951413;

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D:其它有趣的現象:

自守數:所謂自守數就是自已和自己相乘以後得到的數,尾數不變。在自然數中凡末尾數是1、5和6的數,不論自乘多少次,尾數仍然是1、5、6。 例如:21×21=421 ;21×21×21=9261;325×325=105625;6×6×6×6=1296 ;末尾是25和76的數也是自守數,三位數以上也有。

自然數中的奇數和偶數:

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對所有的自然數,下面的規律也成立并且十分有趣:

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在自然數中還有一些數,看起來貌不驚人,但卻十分特别,令人百思不得其解。6174就是其中之一。7641-1467=6174 ;有趣的是,不僅6174本身,就是任意一四位數字,隻要4個數字不完全相同,用上述辦法重複多次,最後終能得到6174這個數。例如1234這個數,我們用下列步聚運算:4321-1234=3087;8730-0378=8352;8532-2358=6174

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