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神秘的相亲数

作者:佚名    素材来源:本站原创    点击数:    更新时间:2014/11/12

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光棍节来了,何以解忧?惟有相亲!其实,数字也会相亲呢!

数学家把存在特殊关系的一对数称为“相亲数”。常言道,知音难觅,寻找相亲数更使数学家绞尽了脑汁。相亲数是数论王国中的一朵小花,它有漫长的发现历史和美丽动人的传说。

第一对相亲数

故事还需毕达哥拉斯学派说起。毕氏学派视数为世界万物的本源,信奉着“万物皆数”。

有一次,毕氏学派的成员在一起讨论一个问题:“数对于万物有什么作用?”一位门徒问道:“我结交朋友时,存在着数的作用吗?”毕达哥拉斯回答说:“朋友是你的灵魂的倩影,要像220284一样亲密”。后来,毕达哥拉斯解释说,人与人之间讲情谊,数与数之间也有“相亲相爱”。从此,人们便把220284叫做“相亲数”或“友数”、“亲和数”。

为什么把这两个数称为“相亲数”呢?原来,这两个自然数之间有一种特殊的关系。220的所有真约数(即不包括它自身的约数)12451011 20 22 44 55 110的和是 284;而 284的所有真约数12471142的和又恰是220。像这样的一对自然数被称之为“相亲数”。

历史上有文字记载的第一对相亲数就是220284。它最早出现在公元320年左右一位有影响的新柏拉图哲学家亚姻利康的书中,他是在对希腊数学家、毕氏学派成员尼可马修斯的《算术入门》一书的注释中首次记载的。这是远古时期数学家发现唯一的一对相亲数。相亲数概念的发现,归功于毕氏学派。

古欧洲人推崇相亲数,赋予其种种神秘色彩,《圣经·创世纪》第3214节中写道:“人类的始祖雅各曾送给他哥哥伊绍200只母山羊,20只公山羊和200只母绵羊,20只公绵羊,以表达他内心的深情。”山、绵羊数之和各是220,其中隐含着它的相亲数284,以体现送礼和受礼人之间的亲密。

漫长的寻觅

毕达哥拉斯发现第一对相亲数以后的1500年间,凡涉入探寻相亲数的数学家,都深感难渡迷津,茫茫的数海似大海捞针。经过一代又一代人的穷思皓首,却没有收获。第二对相亲数你在哪里?

公元9世纪,酷爱数学的伊拉克哲学、医学、天文学和物理学家泰比特·依本库拉凝神苦索,提出了一个求相亲数的公式:

p3·2n-1q=3·2n-1-1,r=9·22n-1-1是三个素数,则2npq2nr是一对相亲数(n为大于1的整数)。

这位生活在《天方夜谭》故乡的科学家所发现的公式因为比较繁杂,在当时难以实际操作,尤其是n很大时,无法运算,所以它并没有使人们走出困境。数学家花几百年时间仍没有找到第二对相亲数。到16世纪,甚至有人认为自然数王国里,就仅有这一对独苗苗了。一些无聊之士,借机给它抹上一层迷信色彩或者增添神秘感,大谈其魅力之深,作用之大,编出了许许多多神话故事,如说用相亲数可以预测婚姻大事:220284两个数字奉若神明.男女青年择偶时,往往先把这两个数分别写在不同的木签上,他们若分别抽到220284,便被确定结为终生伴侣。又如,佩带写上这两个数护身符的人,必将保持良好的友谊;还宣传这对相亲数在魔术、法术、占星学和占卦上都起着重要作用等等。

历史的时针转到17世纪,距第一对相亲数诞生2500多年之后,法国数学家重新点燃寻找相亲数的火矩,终于在数海中捞出两枚“金针”。1636年,法国“业余数学家之王”费尔马向世人宣布,他找到了第二对相亲数1729618416。两年后,法国“解析几何之父”笛卡尔于1638331日也宣布找到了第三对相亲数94370569363584

费尔马和笛卡尔,以极顽强的精神,坚持不懈,进行了大量冗长乏味的计算,终于跨出了极为重要的一大步,在两年的时间内,他俩打破了2000多年的沉寂。给平静的世界数坛,投下了两颗不大不小的“石头”,激起了数学界重新寻找相亲数的波涛。

历史的鸿篇,艰难地翻动了一页又一页,在17世纪以后的岁月,许多数学家绞尽脑汁,投身到寻找新的相亲数的行列。

一鸣惊人的欧拉

100多年之后,到了1747年,年仅39岁的瑞士著名应用数学大师、博学多产的欧拉突然向全世界宣布:他一口气找到了30相亲数,后来又扩展到60,不仅列出了相亲数的数表,而且还公布了全部运算过程。

欧拉的方法与众不同,他将相亲数划分为五种类型加以讨论。例如第一类是寻找形如aqpar的相亲数对,这里pqr是不能整除a的互异素数,a=2n。他用试的方法讨论了22×5×11=22022×7=284,得到了第一对相亲数,依此又分别讨论其他情况,在第一类型里经过计算一共得到了11对相亲数。

欧拉超人的数学思维,不仅发现几十对相亲数,在后来的1766年在他双目失明以后,还心算找到了困扰数坛百年很难觅的一个梅森素数。人们对欧拉超人的计算技巧刮目相看。法国物理学家阿拉哥赞誉地说:“欧拉计算好像一点也不费力,正如人呼吸空气,或者老鹰乘风飞翔一样。”

欧拉发现的相亲数,解开了止步2500多年的难题,使数学家惊喜叫绝,无人与他争雄。可是,由于方法与工具受限,人们却难以一个一个地验算核对,只好将信将疑。

时间又过了120年,到1867年,意大利有一个爱动脑筋,勤于计算的16岁的中学生白格黑尼,他初生牛犊不怕虎,运用欧拉的方法也不停地算呀算呀,竟然发现了数学大师欧拉的疏漏,把大师眼皮下溜走的一对较小的相亲数11841210捉住了。这戏剧性的发现使数学家如痴如醉,致使有人叹道:神奇绝妙的相亲数呀,你这个精灵,怎么同数学大师欧拉开玩笑?

时光又过了半个多世纪,数学家在前人的基础上更新方法,陆陆续续又找到了许多对新的相亲数。到1923年,数学家麦达其和叶维勒汇总前人研究成果与自己研究所得,发表了1095相亲数,其中最大的数有25位。同年,另一个荷兰数学家里勒找到了一对有152位数的相亲数。

随着时间的推移,人们靠笔算很难像欧拉那样一下发现众多的相亲数,随着数位越来越大,发现的数也越来越少。此时有数学家推测:若一对相亲数的数值愈大,则这两个数之比愈接近于1,这是否是规律,人们企盼着胜利的喜讯。

看似平凡最崎岖

1946年,第一台计算机诞生以来,结束了笔算寻找相亲数的历史。据70年代统计,人们共找到1200多对相亲数,并且,有人还曾有序不漏地用计算机检验与搜寻相亲数,例如近10年来,美国数学家在耶鲁大学先进的计算机上,对所有100万以下的数逐一进行了检验,总共找到了42对相亲数,发现10万以下的仅有13对,部分地消除了对欧拉等人列出的相亲数数表的疑虑。但因计算机功能与数学方法的不够,还没有重大突破,越往下去,难度更大。

目前,寻找相亲数还有许多有待探求的问题,如:目前找到的每一对相亲数所含的两个数,总是同时为偶数或同时为奇数,是否存在一个是偶数,而另一个是奇数的相亲数?目前找到的奇相亲数均是3的倍数,这是偶然性,还是必然规律?等等。

五千年的人类文明给我们留下了浩瀚无边的知识大海。在汪洋大海中最古老也最深沉的是数。数的理论研究成为科学基础的基础。德国大数学家高斯曾把数的理论置于科学之巅,这一点也不过分。然而,时至今日,这个数的世界仍然是一个充满神秘的威严的“胡夫金字塔”,这里涉及的“相亲数”也是其中一个最富有传奇色彩的世界难题,有许多谜待揭开,谁揭开谜谁就是英雄好汉。

回顾2000多年数学家的不懈努力,“看似平凡最崎岖,成如容易确艰辛”,未来正等待着不畏困苦人们,“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。


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