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中小学阶段的学生不断地接触各种各样的数字,包括数系的扩充,各种数集的性质等。数字是数学的基本单位元,师生研究数学的最初桥梁,学生从认识质数与合数、数字与编码等,展开了各种对数学领域的奇特想象。课本得来终觉浅,我们应该引领学生遨游广阔的数学世界,去捡拾其中五彩斑斓的宝贝!
1.一些特殊的数
(1)亲和数(相亲数)
远古时代,人们就已经认识到一些数字的奇妙。一些部落把220、284这两个数奉若神明,男女青年缔结连理时,往往把这两个数字写在不同的签上。两男女青年若分别抽到了220和284便被确定为终身伴侣,若抽不到这两个数就终身无缘,只好分道扬镳了。人们把这一对数字称作亲和数,也叫相亲数。人类认识的第一对亲合数220与284据说是毕达哥拉斯发现的最小的一对。亲合数数字之间有一种非常奇妙的关系。如220的所有正约数的和不包含自己,恰好等于284.而284的所有不包括自己的正约数的和是220.1903年人们证明了最小的五对亲合数,他们是(220,284)、(1184,1210)、(2620,2924)、(5020,5564)和(6232,6368),之后,人们不断深入研究,发现了更多的亲和数。
(2)自我拷贝数
数字也很喜欢在内部转圈,比如一个数字,把它的各位数从大到小排列得到的数减去把它从小到大排列的数,得到的差值居然是自己,这样的数字我们不妨叫自我拷贝数。人们最初发现这样心胸狭窄的数是6174,因为7641-1467=6174,因此我们把6174叫做自我拷贝数。看看你能找到几个这样的数呢?来看看人们最初是怎样找到6174的吧!起初选的数是5477,你看7754-4577=3177,再把这个数按照上述方法做下去,依次得到6354,3087,8352,接着8352-2358=6174.而7641-1467=6174,因此就找到了这个自我拷贝数6174.你不妨再找找看。
(3)完全数(完美数)
古希腊的毕达哥拉斯学派奉行“万物皆数”的信条,他们的研究确实很独特。他们发现有些数字有着完美的性质:这些数的所有真因数(即除了自身以外的约数)之和等于它本身。他们把这样的数称之为完全数也叫完美数。比如6=1+2+3,圣经记载上帝在6天内创造了世界,古代人认为6是很完美的数字。随后人们发现了28=1+2+4+7+14也是个完全数。紧接着人们发现496也是个完全数,因为496=1+2+4+8+16+31+62+124+248.类似地还有8128.公元1538年发现了第五个完全数33550336,又过了50年,人们发现了8589869056也是个完全数。之后欧几里得在《几何原本》中证明了2n-1是一个完全数。
钟情于完全数的数学家可不只欧几里得一个人,数学家梅森也曾经乐此不疲。他发现形如2n-1的素数(也叫质数)与完美数有着十分密切的关系,只要确定了2n-1是一个素数,就能确定相应的完美数。
(4)梅森数与梅森素数
很多数学家迷恋素数,就比如说形如2n-1的素数吧。最早对它感兴趣、贡献最大的是笛卡尔的好朋友,17世纪法国数学家、神父马林·梅森。也正因为如此,人们便称MP=2P-1为梅森数,当MP为素数时,便称之为梅森素数。梅森在1644年著作的《物理——数学探索》的序中猜测,在不超过257的55个素数中,仅当P=2,3,5,7,11,13,17,19,31,67,127,257时,2P-1为素数,而P<257的其它素数对应的MP均为合数。
有关这样的素数的问题,在历史上的一次数学家大会中一个无声的报告最受欢迎!那就是1903年10月美国数学家科尔提交的一篇论文《大数的因式分解》,当时轮到科尔作报告时,他一言不发只在黑板上写了下面的两行字。
267-1=147573952589676412927,
19370721×761838257287=147573952589676412927
他只字未吐又回到了座位。一分钟后台下爆发了热烈的掌声,人们欢呼两百多年来的难题解决了,科尔证明了梅森数M67不是素数。
1947年有了计算机后人们检查到梅森的猜想有五个错误。M67和M257不是素数,而M61,M89和M107是素数。虽然梅森的断言中包含着若干错误,但他的工作极大地激发了人们研究2P-1型素数的热情,使其摆脱作为“完美数”的附庸地位。截止2012年7月人类仅发现47个梅森素数。梅森的工作是素数乃至数论研究的一个重要转折点和里程碑,也是当今科学探索的热点和难点之一。
(5)史密斯数
美国著名的数学家阿尔伯特·维兰斯基,他有一位叫史密斯的亲戚也非常喜欢数学,两人常常一起学习讨论,因为两家离得远常靠电话联系。一天史密斯看到维兰斯基搬家后留下的电话号码4937775着迷了,原来他发现:
4937775=3×5×5×65837,两边的数字和都等于42,即:
4+9+3+7+7+7+5=3+5+5+6+5+8+3+7=42
后来人们就把史密斯发现的这样的数叫做史密斯数。它是指在某个进位下,各位数的数码的和等于它因数分解(不用指数记数)的每一个因数的数码的和。如在十进位下,202就是一个史密斯数,因2+0+2=4,202的因数分解为2×101,2+1+0+1=4。所有质数自然不会是史密斯数,因为质数的因数只有它自己和1,必定不符合以上的要求。
像这样有趣的数其实还有很多,比如变魔术中的共生数、平方数的速算、神奇的等幂和等。事实上研究数字同样可以促进科学的发展。
2.研究数字促进数学发展
且不说研究数字促进了数论的发展,其实对其他方面也会有推动作用。比如美国加利福尼亚州的中学数学教师乔治·兰伯特研究一些事件的巧合数。其中拿破仑和希特勒上台、战败和攻打俄国的时间差都是129年,其巧合数是129。美国第16届和35届总统林肯和肯尼迪的上台时间差是100年,被害时都是周五,接任的总统都叫约翰逊,杀害他俩的凶手出生年份相差也是100年,其巧合数是100。他将这两个巧合数颠倒过去得到921和001,然后发现(921-129)÷9=88,(100-001)÷9=11结果都是十位数和各位数相同的两位数。兰伯特对数字9着迷了。他发现用9乘任何一个数,将所得到的积的各位数字相加,所得到的和总是9(如果不是一位数继续做下去)。他还总结出一个规律:把一个大数的各位数字相加得到一个和,再把这个和的各位数字相加又得到一个和。这样继续下去,直到最后的数字之和是一个一位数为止,这个一位数就是原数除以9的余数,叫做原数的“数字跟”。这个过程被称作是“弃九法”。从而科学家们也认为人类数数是不是该9个9个地数呢?也就是该实行九进制吧!事实上利用九进制可以使加减乘除运算更快更准。但是人们对九进制的研究还不够深入,可以说兰伯特掀起了人们探索九进制的篇章。如果人们也能像把二进制应用于计算机一样,将来说不准也会发明一个新的机器呢!
1.一些特殊的数
(1)亲和数(相亲数)
远古时代,人们就已经认识到一些数字的奇妙。一些部落把220、284这两个数奉若神明,男女青年缔结连理时,往往把这两个数字写在不同的签上。两男女青年若分别抽到了220和284便被确定为终身伴侣,若抽不到这两个数就终身无缘,只好分道扬镳了。人们把这一对数字称作亲和数,也叫相亲数。人类认识的第一对亲合数220与284据说是毕达哥拉斯发现的最小的一对。亲合数数字之间有一种非常奇妙的关系。如220的所有正约数的和不包含自己,恰好等于284.而284的所有不包括自己的正约数的和是220.1903年人们证明了最小的五对亲合数,他们是(220,284)、(1184,1210)、(2620,2924)、(5020,5564)和(6232,6368),之后,人们不断深入研究,发现了更多的亲和数。
(2)自我拷贝数
数字也很喜欢在内部转圈,比如一个数字,把它的各位数从大到小排列得到的数减去把它从小到大排列的数,得到的差值居然是自己,这样的数字我们不妨叫自我拷贝数。人们最初发现这样心胸狭窄的数是6174,因为7641-1467=6174,因此我们把6174叫做自我拷贝数。看看你能找到几个这样的数呢?来看看人们最初是怎样找到6174的吧!起初选的数是5477,你看7754-4577=3177,再把这个数按照上述方法做下去,依次得到6354,3087,8352,接着8352-2358=6174.而7641-1467=6174,因此就找到了这个自我拷贝数6174.你不妨再找找看。
(3)完全数(完美数)
古希腊的毕达哥拉斯学派奉行“万物皆数”的信条,他们的研究确实很独特。他们发现有些数字有着完美的性质:这些数的所有真因数(即除了自身以外的约数)之和等于它本身。他们把这样的数称之为完全数也叫完美数。比如6=1+2+3,圣经记载上帝在6天内创造了世界,古代人认为6是很完美的数字。随后人们发现了28=1+2+4+7+14也是个完全数。紧接着人们发现496也是个完全数,因为496=1+2+4+8+16+31+62+124+248.类似地还有8128.公元1538年发现了第五个完全数33550336,又过了50年,人们发现了8589869056也是个完全数。之后欧几里得在《几何原本》中证明了2n-1是一个完全数。
钟情于完全数的数学家可不只欧几里得一个人,数学家梅森也曾经乐此不疲。他发现形如2n-1的素数(也叫质数)与完美数有着十分密切的关系,只要确定了2n-1是一个素数,就能确定相应的完美数。
(4)梅森数与梅森素数
很多数学家迷恋素数,就比如说形如2n-1的素数吧。最早对它感兴趣、贡献最大的是笛卡尔的好朋友,17世纪法国数学家、神父马林·梅森。也正因为如此,人们便称MP=2P-1为梅森数,当MP为素数时,便称之为梅森素数。梅森在1644年著作的《物理——数学探索》的序中猜测,在不超过257的55个素数中,仅当P=2,3,5,7,11,13,17,19,31,67,127,257时,2P-1为素数,而P<257的其它素数对应的MP均为合数。
有关这样的素数的问题,在历史上的一次数学家大会中一个无声的报告最受欢迎!那就是1903年10月美国数学家科尔提交的一篇论文《大数的因式分解》,当时轮到科尔作报告时,他一言不发只在黑板上写了下面的两行字。
267-1=147573952589676412927,
19370721×761838257287=147573952589676412927
他只字未吐又回到了座位。一分钟后台下爆发了热烈的掌声,人们欢呼两百多年来的难题解决了,科尔证明了梅森数M67不是素数。
1947年有了计算机后人们检查到梅森的猜想有五个错误。M67和M257不是素数,而M61,M89和M107是素数。虽然梅森的断言中包含着若干错误,但他的工作极大地激发了人们研究2P-1型素数的热情,使其摆脱作为“完美数”的附庸地位。截止2012年7月人类仅发现47个梅森素数。梅森的工作是素数乃至数论研究的一个重要转折点和里程碑,也是当今科学探索的热点和难点之一。
(5)史密斯数
美国著名的数学家阿尔伯特·维兰斯基,他有一位叫史密斯的亲戚也非常喜欢数学,两人常常一起学习讨论,因为两家离得远常靠电话联系。一天史密斯看到维兰斯基搬家后留下的电话号码4937775着迷了,原来他发现:
4937775=3×5×5×65837,两边的数字和都等于42,即:
4+9+3+7+7+7+5=3+5+5+6+5+8+3+7=42
后来人们就把史密斯发现的这样的数叫做史密斯数。它是指在某个进位下,各位数的数码的和等于它因数分解(不用指数记数)的每一个因数的数码的和。如在十进位下,202就是一个史密斯数,因2+0+2=4,202的因数分解为2×101,2+1+0+1=4。所有质数自然不会是史密斯数,因为质数的因数只有它自己和1,必定不符合以上的要求。
像这样有趣的数其实还有很多,比如变魔术中的共生数、平方数的速算、神奇的等幂和等。事实上研究数字同样可以促进科学的发展。
2.研究数字促进数学发展
且不说研究数字促进了数论的发展,其实对其他方面也会有推动作用。比如美国加利福尼亚州的中学数学教师乔治·兰伯特研究一些事件的巧合数。其中拿破仑和希特勒上台、战败和攻打俄国的时间差都是129年,其巧合数是129。美国第16届和35届总统林肯和肯尼迪的上台时间差是100年,被害时都是周五,接任的总统都叫约翰逊,杀害他俩的凶手出生年份相差也是100年,其巧合数是100。他将这两个巧合数颠倒过去得到921和001,然后发现(921-129)÷9=88,(100-001)÷9=11结果都是十位数和各位数相同的两位数。兰伯特对数字9着迷了。他发现用9乘任何一个数,将所得到的积的各位数字相加,所得到的和总是9(如果不是一位数继续做下去)。他还总结出一个规律:把一个大数的各位数字相加得到一个和,再把这个和的各位数字相加又得到一个和。这样继续下去,直到最后的数字之和是一个一位数为止,这个一位数就是原数除以9的余数,叫做原数的“数字跟”。这个过程被称作是“弃九法”。从而科学家们也认为人类数数是不是该9个9个地数呢?也就是该实行九进制吧!事实上利用九进制可以使加减乘除运算更快更准。但是人们对九进制的研究还不够深入,可以说兰伯特掀起了人们探索九进制的篇章。如果人们也能像把二进制应用于计算机一样,将来说不准也会发明一个新的机器呢!