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本期封面上的数学元素,同学们看出来了吗?本期封面上最醒目的就是“6174”这个数字了,这是数学中大名
鼎鼎的“黑洞数”。
宇宙中有一种奇妙的天体叫“黑洞”,它的密度大得惊人,任何物质只要靠近它就会被吞噬。连光线射到这个天体上都会被吸收掉,不能反射,因此人们无法看到这种天体,所以称它为“黑洞”。
奇妙的是,数学里居然也有“黑洞数”这种怪东西——不管哪个数字“公民”,经过一些运算或规则的摆布之后,就会掉进“黑洞”。
什么是黑洞数
黑洞数又称陷阱数。任何一个数字不全相同的整数,经过有限次“重排求差”的操作,总会得到某一个或某一些数,这些数即为黑洞数。
举个例子,你试试随手写出一个四位数(要求四位数字不完全相同),先把它各位上的数字按从大到小重新排列,再把它各位上的数字按从小到大重新排列,分别组成一个大数和一个小数,再用大数减去小数。这个过程称为“重排求差”。
有趣的是,不管你最开始写的四位数是多少,经过几次“重排求差”操作之后,得到的四位数最后都会停在6174这个数上——所以6174就是四位数的黑洞数。我们举几个例子,来感受黑洞数的神奇。
黑洞数的证明
那么,6174为什么是黑洞数呢?我们可以用数学原理来证明。
※四位数总共有9999-999=9000个,其中除去四位数字全相同的9个数字,余下9000-9=8991个四位数字不全相同的。
※我们首先假设这个四位数是S,S=abcd,4个数字有大有小,分别是9≥a≥b≥c≥d≥0然后开始第一次减法运算。
第一次减法运算:
最大数M(s)=1000a+1OOb+10c+d
最小数m(s)=1000d+1OOc+10b+a
两者相减,有:M(s)-m(s)=999(a-d)+90(b-c)
我们注意到,這个数字的结果仅仅由a-d和b-c组成。a-d可以取1到9,b-c可以取0到9,而且a-d≥b-c。比如,若a-d=2,则b-c只能在0,1,2这三个数字中选。
所以,两数相减后的值可能有54个,如下表所示:
上表中白色的部分就是54个可能的值,有一部分是如5355和5535这样,所含数字完全相同仅仅是数位不同的值。剔除这些数字后,还剩30个不同的数,分别是:
9990,9981,9972,9963,9954,9810,9711,9621,9531,9441,8820,8730,8721,8640,8622,8550,8532,8642,7731,7641,7632,7551,7443,6642,6552,6444.5553。5544。再对这30个数字进行重排求差,最多不超过7次就能得到6174了!
由此我们发现,任何数字不完全相同的四位数,经过上述的“重排”和“求差”运算之后,都会跌进这个“6174黑洞”,再也出不来了。
四位数有黑洞数,三位数有没有呢?例如323,组成的大数是332,小数是223,两数的差是099(注意以0开头的数,也得看成是一个三位数);接下来有:990-099=891;981-189=792;972-279=693……欢迎同学们通过微信平台把三位数的黑洞数告诉我们!
鼎鼎的“黑洞数”。
宇宙中有一种奇妙的天体叫“黑洞”,它的密度大得惊人,任何物质只要靠近它就会被吞噬。连光线射到这个天体上都会被吸收掉,不能反射,因此人们无法看到这种天体,所以称它为“黑洞”。
奇妙的是,数学里居然也有“黑洞数”这种怪东西——不管哪个数字“公民”,经过一些运算或规则的摆布之后,就会掉进“黑洞”。
什么是黑洞数
黑洞数又称陷阱数。任何一个数字不全相同的整数,经过有限次“重排求差”的操作,总会得到某一个或某一些数,这些数即为黑洞数。
举个例子,你试试随手写出一个四位数(要求四位数字不完全相同),先把它各位上的数字按从大到小重新排列,再把它各位上的数字按从小到大重新排列,分别组成一个大数和一个小数,再用大数减去小数。这个过程称为“重排求差”。
有趣的是,不管你最开始写的四位数是多少,经过几次“重排求差”操作之后,得到的四位数最后都会停在6174这个数上——所以6174就是四位数的黑洞数。我们举几个例子,来感受黑洞数的神奇。
黑洞数的证明
那么,6174为什么是黑洞数呢?我们可以用数学原理来证明。
※四位数总共有9999-999=9000个,其中除去四位数字全相同的9个数字,余下9000-9=8991个四位数字不全相同的。
※我们首先假设这个四位数是S,S=abcd,4个数字有大有小,分别是9≥a≥b≥c≥d≥0然后开始第一次减法运算。
第一次减法运算:
最大数M(s)=1000a+1OOb+10c+d
最小数m(s)=1000d+1OOc+10b+a
两者相减,有:M(s)-m(s)=999(a-d)+90(b-c)
我们注意到,這个数字的结果仅仅由a-d和b-c组成。a-d可以取1到9,b-c可以取0到9,而且a-d≥b-c。比如,若a-d=2,则b-c只能在0,1,2这三个数字中选。
所以,两数相减后的值可能有54个,如下表所示:
上表中白色的部分就是54个可能的值,有一部分是如5355和5535这样,所含数字完全相同仅仅是数位不同的值。剔除这些数字后,还剩30个不同的数,分别是:
9990,9981,9972,9963,9954,9810,9711,9621,9531,9441,8820,8730,8721,8640,8622,8550,8532,8642,7731,7641,7632,7551,7443,6642,6552,6444.5553。5544。再对这30个数字进行重排求差,最多不超过7次就能得到6174了!
由此我们发现,任何数字不完全相同的四位数,经过上述的“重排”和“求差”运算之后,都会跌进这个“6174黑洞”,再也出不来了。
四位数有黑洞数,三位数有没有呢?例如323,组成的大数是332,小数是223,两数的差是099(注意以0开头的数,也得看成是一个三位数);接下来有:990-099=891;981-189=792;972-279=693……欢迎同学们通过微信平台把三位数的黑洞数告诉我们!