走進一些神聖的數,破解內在的神祕,挑戰數字難題

0.618、光速c、圓周率π、親和數、魔鬼數666……,數具有魔術般的魅力,與數字的邂逅,簡單而美麗。《老子》中"道生一,一生二,二生三,三生萬物",既蘊含著對周易八卦的詮釋,又是對數乃至整個世界的看法。中國古代天文學者將黃道(太陽和月亮所經天區)的恆星分成了二十八個星座,稱為二十八星宿。也就是說這二十八星宿代表了天上所有的星,二十八就成了概括天宇的大吉數。

自然數是數學研究的永恆主題,自從數的概念誕生以來,它不僅具有計算的功能,還被賦予神秘的色彩,體現了人類對數字的崇拜與禁忌。

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自然數、整數、有理數……數的王國隨著計算理論的進步、生產與現實的需要,版圖在不斷擴張,應用日益增強。今天,數正變成現代社會一切事物的主宰,標號化、量化、數字化,讓世界變得統一而有序。

無數的巧合之中必有概率,無數的巧合之中必有規律。巧合重複無數次就是神奇的秘密。1+1=哥德巴赫猜想=任何一個≥6之偶數,都可以表示成兩個奇質數之和;任何一個≥9之奇數,都可以表示成不超過三個的奇質數之和。(6 = 3 + 3, 8 = 3 + 5, 10 = 5 + 5 = 3 + 7, 12 = 5 + 7, 14 = 7 + 7 = 3 + 11,16 = 5 + 11, 18 = 5 + 13, ……),1+1=2,一粒沙子+一粒沙子=兩粒沙子、一堆沙子+一堆沙子=一堆沙子,一滴水+一滴水=一滴水,婚姻不是1+1=2,而是0.5+0.5=1。

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20世紀90年代,美國麻省理工學院教授尼蒿洛龐帝曾寫出一本暢銷全球的書《數字化生存》他說:"在廣大浩瀚的宇宙中,數字化生存能使每個人變得更容易接近,讓弱小的孤寂者也能發出他們的心聲。"

英國著名物理學家狄拉克曾說:"在數學家的遊戲中,數學家自己發明規則,而在物理學家的遊戲中,規則都是自然界提供的,但隨著時間的流逝,這種情況就變得更明顯了:數學家感到有趣的規則正好就是自然界所選擇的規則。"

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例1. 茫茫宇宙之中,存在著一種極其神秘的天體"黑洞"。黑洞的密度極大,引力極強,任何物質經過它的附近,都會被它吸進去,再也不能出來,光線也不例外,因此黑洞是一個不發光的天體。無獨有偶,在數學中也有這種神秘的"黑洞"現象,對於數學黑洞,無論怎樣設置,在規定的處理法則下,最終都將得到固定的一個值,再也跳不出去,就像宇宙中的黑洞一樣。

比如:任意找一個3的倍數,先把這個數的每個數位上的數字都立方,再相加,得到一個新數,然後把這個新數的每一個數位上的數字再立方、求和……重複運算下去,就能得到一個固定的數T,我們稱之為數字"黑洞",試確定T的大小。

解析:

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問題拓展:

153,也許你曾與它偶然相遇,但你可知道它是一個奇妙的數,有豐富的性質?

(1)西方把153稱為"聖經數",這個名稱出自《聖經·新約全書》約翰福音第21章,

(2)153=1+2+3+·+17.

(3)153被稱為"水仙花數"(或"自戀數")所謂水仙花數,是指一個n位數(n≥3),它的每個數位上的數字的n次解之和等於它本身。可以證明,在所有三位數中,水仙花數還有370,371,407.

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傳說古希臘有個美少年名叫那喀索斯(Narcissus),他有多美呢?美到只愛自己在湖中的倒影,迷戀到久久不願離去,最後一頭栽進了湖中,化成了一朵水仙花。而水仙花的英文單詞也是narcissus,衍生出的narcissistic就是"自我陶醉的、自戀的"。所以水仙花數也被稱為自戀數。

而水仙花的英文單詞也是narcissus,衍生出的narcissistic就是"自我陶醉的、自戀的"。所以水仙花數也被稱為自戀數。

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數字黑洞 6174

任意選一個四位數(數字不能全相同),把所有數字從大到小排列,再把所有數字從小到大排列,用前者減去後者得到一個新的數。重複對新得到的數進行上述操作,7 步以內必然會得到 6174。例如,選擇四位數 6767:7766 - 6677 = 10899810 - 0189 = 96219621 - 1269 = 83528532 - 2358 = 61747641 - 1467 = 6174……6174 這個"黑洞"就叫做 Kaprekar 常數。對於三位數,也有一個數字黑洞-----495。

495數字黑洞運用的是重排求差的運算方式,舉個例子,先任選三個數字,比如:1、2、3,接著對它們進行重新排列,排成一個最大的數321和最小的數123,然後求差,即321-123=198,然後再把所得差中的1、9、8三個數字重新排列成最大的數981和最小的數189,再次求差981-189=792,再運用新的差的7、9、2重排求差......這樣一直循環重排求差運算,最後的結果必定會落入495這個數字黑洞裡。不信,你可以接著算一算。當然,你還可以另外再選三個數字重排求差,最後的結果也一定是495,你願意去挑戰嗎?

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123數字黑洞,又叫西西弗斯串。這來源於古希臘神話,國王西西弗斯觸犯了眾神,天神懲罰他將一塊巨石推到一座陡峭的山頂上,但無論他怎樣努力,這塊巨石總是在快到達山頂時卻又不可避免地滾下來,於是他只得重新再推,永無休止。把數字黑洞"123"稱作"西西弗斯串",意思是說對於任意一數字串按一定規則重複,結果就像西西弗斯推石頭一樣,會永無休止地重複為"123"。

是不是很好奇數字黑洞123的運算規則?其實很簡單:任取一個數字串,數出這個數字串中的偶數個數、奇數個數和所有數字的個數,用這3個數組成下個新數字串,按以上規則重複進行下去,最後必得出"123"的結果。

如: 35962 → 235 → 123

31415926 → 358 → 123 ……

你不妨自己選一串數字試一試,最後必定也會掉進"123"這個數字黑洞裡。

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例2.畢達哥拉斯是古希臘哲學家、數學家.他創建了著名的宗教、政治、學術合一的畢達哥拉斯學派,該學派信奉"萬物皆數",即相信世界是可知的,它有某種固有的結構與秩序,而這種結構和秩序又服從數的規律。

比如:常用小石子在沙灘上擺成各種形態來研究數,他們研究過圖①中的1,3,6,10…由於這些數能夠表示成三角形,故將其稱為"三角形數".類似地,稱圖②中的1,4,9,16…這樣的數稱為"正方形數"。下列數中,既是"三角形數",又是"正方形數"的是()

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A.289 B.1024 C.1225 D.1378

解法一:圖①中第n個圖表示的數是1+2+3+…+n=n(n+1)/2,圖②中第n個圖表示的數是n2。

∵1225=49×50/2,1225=35,∴選C.

解法二:設d是正整數,且d不是完全平方數,形如x²一dy2=士1的不定方程被稱為佩爾方程。由數論知識可知:若正整數p,q是滿足方程x2一dy2=1的最小解,則其通解為:

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"形數""佩爾方程"是初等數論中最經典的內容之一,例2蘊涵濃郁的數學文化氣息,主要考查觀察、歸納能力和綜合運用數學知識方法進行論證推理的能力,把合情推理與演繹推理有機結合,將數學知識方法與數學文化融為一體。

一道貌似平凡的試題蘊涵著深刻的數論知識。唯有充足的知識方法儲備,才能高屋建領地解決問題。

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變式.

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然而有學生卻告訴我,他幾乎是默寫上去的,因為這個數太特殊……,於是引發了我對於這個數的興趣,142857究竟是一個怎樣的數呢?

世界上最神奇的數字: 142857。

首先把這個142857從1到6按順序乘一下,就會出現如下6組數字:

142857x1=142857;142857x2=258714;142857x3=428571;142857x4=571428;

142857x5=714825;148257x6=857142;

不知道大家是否發現這6組數字神奇在什麼地方,仔細看的朋友也許發現了,對,這6組數字竟然是同一個142857,只是數字之間位置改變了而已。

繼續……

142857這個數字乘上7,142857x7=999999,你是否很驚訝?

再把142857這個數字分解成兩組數字,142,857,這兩個數字之和得出142+857=999,再把142857分解成三組數字,14,28,57,這三組數字之和得出,14+28+57=99,最後我們把142857再乘於142857,結果是142857x142857=20408122449,再把20408122449分解兩組數字,20408和122449,它們之和是:20408+122449=142857。

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142857發現於埃及金字塔內,它證明一星期有7天,它自我累加一次,就由它的6個數字,依順序輪值一次,到了第7天,它們就放假,由999999去代班,數字越加越大,每超過一星期輪迴,每個數字需要分身一次,請繼續看

142857×1=142857(原數字);142857×2=285714(輪值);142857×3=428571(輪值);

142857×4=571428(輪值);142857×5=714285(輪值);142857×6=857142(輪值);

142857×7=999999(放假由9代班)。142857×8=1142856(7分身,即分為頭一個數字1與尾數6,數列內少了7)

142857×9=1285713(4分身);142857×10=1428570(1分身);

142857×11=1571427(8分身);142857×12=1714284(5分身);

142857×13=1857141(2分身);142857×14=1999998(9也需要分身變大);

繼續算下去……以上各數的單數和都是"9"。有可能藏著一個大秘密……

如果不是學生告訴我,我也不會去查這個數,真可謂教學相長啊。

142587蘊含著很多的宇宙至理,比如宇宙的輪迴,宇宙的生生不息等。正是它的神奇,才讓科學家認為它有可能蘊含著宇宙的終極奧秘。只不過,我們現在還沒有發現。

在東西方文化中,"7"是具有神秘色彩的數字,一個星期7天、七色霞光、純水的pH值、七巧板、哥尼斯堡七橋問題……都關聯著"7"。七巧板激發了意大利傢俱設計師丹尼爾·拉格的設計靈感,他將七巧板用於組合書架的設計,創作出極具特色的作品.

例4. 魔鬼數666

"六六大順"在中國傳統觀念中,"666"是個吉祥的數字,但在西方"666"被稱為"魔鬼數"因為"7"代表著完全、神聖,而"666"是七缺一後重復三次,表示極不完全。

很多人以為12月25日是耶穌的生日,其實這一天是波斯太陽神(即光明之神)密特拉的誕辰,而與太陽神相對的是魔鬼撒旦。在基督教中,撒旦的代號是666,因此666也被叫做魔鬼數。

天主教的帽子上有拉丁文"VICARIUS FILII DEI",按照法國友人的說法就是"the one who in this world wants to play God",也就是在這世界上卻想扮演上帝角色的人,就是指撒旦。

在羅馬數字中,I =1,V =5,X = 10,L = 50,C = 100,D = 500,M = 1000。如果把其餘字母看成0,並把字母換成數字,就有:

VICARIUS = 5+1+100+1+5(U 在羅馬字母裡就是V)

FILII = 50+3;

DEI = 500+1;

相加可得VICARIUS+ FILII+ DEI=666;

因此三個連寫的6在聖經裡是魔鬼的代號。根據傳說,每個世紀第6年的6月6日,魔鬼能量便會大爆發,世界末日即將到來。當然,這只是一個已經被證否的傳說。不過666這個數字倒是有很多神奇的性質。

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下面的故事從一個側面說明西方人很忌諱這個"魔鬼數"

美國前總統里根在任時本想移居洛杉磯貝萊爾市的勞德大街,當他知道未來居住的別墅門牌號是"666"時,萬分驚訝,動用總統權力讓貝萊爾市政府改動寓所號。

例5.(2020春•沙坪壩區校級月考)閱讀下列材料:

數學中枚舉法是一種重要歸納法也稱為列舉法、窮舉法,是暴力策略的具體體現,又稱為蠻力法.用枚舉法解題時應該注意:

(1)常常需要將對象進行恰當分類.

(2)使其確定範圍儘可能最小,逐個試驗尋求答案.

正整數N的末尾為5稱為"威武數",那麼N的平方數為M稱為"平武數".

例:15²=225(2=1×2),

25²=625(6=2×3),

35²=1225(12=3×4),

45²=2025(20=4×5),

55²=3025(30=5×6),

……

由以上的枚舉可以歸納得到的"平武數"特點是:

①"平武數"的末兩位數字是25;

②去掉末兩位數字25後,剩下部分組成的數字等於"威武數"去掉個位數字5後剩部分組成的數字與比此數大1的數之積.(如例中的括號內容)

(1)根據以上特點我們能夠很快的推出一個四位數的"平武數"M一共有______個.

(2)同學們用學過的完全平方公式求證:當"威武數"N為任意二位數時,"平武數"M都滿足以上特點.

(3)已知"平武數"M的首位數是2且小於六位,又滿足N的各位數字之和與M的各位數字之和相等,求出"平武數"M的值.

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∴M的末尾兩位數是25,

∴當"威武數"N為任意二位數時,"平武數"M都滿足以上特點;

(3)當M是四位數時,設M的千位數是x,百位數是y,

此時N是兩位數,設N的十位數字是z,∴10x+y=z(z+1),

∵N的各位數字之和與M的各位數字之和相等,

∴z+5=x+y+2+5,∴z=x+y+2,∴z²+2=9x,

∴當x=2時,z=4;當x=5時,z=3;∴M=2025或M=3025;

當M是五位數時,設萬位數字是x,千位數字是y,百位數字是z,

∵315²=99225,∴N的首位兩個數字和最大是11,

設N的十位數字是a,當N的首位是1時,

∴1+a=2+x+y+z,∴a﹣1=x+y+z,

又∵(10+a)(10+a+1)=100x+10y+z,∴a²+20a+111=9(9x+y),

∴a²+20a+111=(a+10)2+11=9(9x+y),∴a=4,

∴145²=21025,∴M=21025;

當N的首位是2時,∴2+a=2+x+y+z,∴a=x+y+z,

又∵(20+a)(20+a+1)=100x+10y+z,

∴a²+40a+420=(a+20)²+20=9(9x+y),

此時a不存在;∴M的值為2025或3025或21025.

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數是抽象的,也是有力的;數是枯燥的,也是震撼的;數是神秘的,也是神聖的。數學是一門浩瀚偉大的科學,而表述數學的就各種神奇的數字,世界萬物,宇宙萬物甚至包括宇宙的終極答案,都有可能包含在這些神奇玄妙的數字當中,可能蘊含著宇宙的奧秘。

著名女詩人普拉斯曾說過:“魅力有一種能使人開顏、消怒,並且悅人和迷人的神秘品質。它不像水龍頭那樣隨開隨關,突然迸發。它像根絲巧妙的編織在性格里,它閃閃發光,光明燦爛,經久不滅。”數學則恰恰是“魅力”最好的代言人,它的形式簡單有序而又對稱統一,它的內涵嚴謹簡潔而又富含哲理性,它的和諧更是體現在數學的各個微小細節,它的曲折而坎坷的發展道路更像是孩子走向成熟的過程,讓人感同身受而又無限嚮往。


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