走进一些神圣的数,破解内在的神秘,挑战数字难题

0.618、光速c、圆周率π、亲和数、魔鬼数666……,数具有魔术般的魅力,与数字的邂逅,简单而美丽。《老子》中"道生一,一生二,二生三,三生万物",既蕴含着对周易八卦的诠释,又是对数乃至整个世界的看法。中国古代天文学者将黄道(太阳和月亮所经天区)的恒星分成了二十八个星座,称为二十八星宿。也就是说这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数。

自然数是数学研究的永恒主题,自从数的概念诞生以来,它不仅具有计算的功能,还被赋予神秘的色彩,体现了人类对数字的崇拜与禁忌。

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自然数、整数、有理数……数的王国随着计算理论的进步、生产与现实的需要,版图在不断扩张,应用日益增强。今天,数正变成现代社会一切事物的主宰,标号化、量化、数字化,让世界变得统一而有序。

无数的巧合之中必有概率,无数的巧合之中必有规律。巧合重复无数次就是神奇的秘密。1+1=哥德巴赫猜想=任何一个≥6之偶数,都可以表示成两个奇质数之和;任何一个≥9之奇数,都可以表示成不超过三个的奇质数之和。(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=两粒沙子、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世纪90年代,美国麻省理工学院教授尼蒿洛庞帝曾写出一本畅销全球的书《数字化生存》他说:"在广大浩瀚的宇宙中,数字化生存能使每个人变得更容易接近,让弱小的孤寂者也能发出他们的心声。"

英国著名物理学家狄拉克曾说:"在数学家的游戏中,数学家自己发明规则,而在物理学家的游戏中,规则都是自然界提供的,但随着时间的流逝,这种情况就变得更明显了:数学家感到有趣的规则正好就是自然界所选择的规则。"

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例1. 茫茫宇宙之中,存在着一种极其神秘的天体"黑洞"。黑洞的密度极大,引力极强,任何物质经过它的附近,都会被它吸进去,再也不能出来,光线也不例外,因此黑洞是一个不发光的天体。无独有偶,在数学中也有这种神秘的"黑洞"现象,对于数学黑洞,无论怎样设置,在规定的处理法则下,最终都将得到固定的一个值,再也跳不出去,就像宇宙中的黑洞一样。

比如:任意找一个3的倍数,先把这个数的每个数位上的数字都立方,再相加,得到一个新数,然后把这个新数的每一个数位上的数字再立方、求和……重复运算下去,就能得到一个固定的数T,我们称之为数字"黑洞",试确定T的大小。

解析:

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问题拓展:

153,也许你曾与它偶然相遇,但你可知道它是一个奇妙的数,有丰富的性质?

(1)西方把153称为"圣经数",这个名称出自《圣经·新约全书》约翰福音第21章,

(2)153=1+2+3+·+17.

(3)153被称为"水仙花数"(或"自恋数")所谓水仙花数,是指一个n位数(n≥3),它的每个数位上的数字的n次解之和等于它本身。可以证明,在所有三位数中,水仙花数还有370,371,407.

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传说古希腊有个美少年名叫那喀索斯(Narcissus),他有多美呢?美到只爱自己在湖中的倒影,迷恋到久久不愿离去,最后一头栽进了湖中,化成了一朵水仙花。而水仙花的英文单词也是narcissus,衍生出的narcissistic就是"自我陶醉的、自恋的"。所以水仙花数也被称为自恋数。

而水仙花的英文单词也是narcissus,衍生出的narcissistic就是"自我陶醉的、自恋的"。所以水仙花数也被称为自恋数。

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数字黑洞 6174

任意选一个四位数(数字不能全相同),把所有数字从大到小排列,再把所有数字从小到大排列,用前者减去后者得到一个新的数。重复对新得到的数进行上述操作,7 步以内必然会得到 6174。例如,选择四位数 6767:7766 - 6677 = 10899810 - 0189 = 96219621 - 1269 = 83528532 - 2358 = 61747641 - 1467 = 6174……6174 这个"黑洞"就叫做 Kaprekar 常数。对于三位数,也有一个数字黑洞-----495。

495数字黑洞运用的是重排求差的运算方式,举个例子,先任选三个数字,比如:1、2、3,接着对它们进行重新排列,排成一个最大的数321和最小的数123,然后求差,即321-123=198,然后再把所得差中的1、9、8三个数字重新排列成最大的数981和最小的数189,再次求差981-189=792,再运用新的差的7、9、2重排求差......这样一直循环重排求差运算,最后的结果必定会落入495这个数字黑洞里。不信,你可以接着算一算。当然,你还可以另外再选三个数字重排求差,最后的结果也一定是495,你愿意去挑战吗?

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123数字黑洞,又叫西西弗斯串。这来源于古希腊神话,国王西西弗斯触犯了众神,天神惩罚他将一块巨石推到一座陡峭的山顶上,但无论他怎样努力,这块巨石总是在快到达山顶时却又不可避免地滚下来,于是他只得重新再推,永无休止。把数字黑洞"123"称作"西西弗斯串",意思是说对于任意一数字串按一定规则重复,结果就像西西弗斯推石头一样,会永无休止地重复为"123"。

是不是很好奇数字黑洞123的运算规则?其实很简单:任取一个数字串,数出这个数字串中的偶数个数、奇数个数和所有数字的个数,用这3个数组成下个新数字串,按以上规则重复进行下去,最后必得出"123"的结果。

如: 35962 → 235 → 123

31415926 → 358 → 123 ……

你不妨自己选一串数字试一试,最后必定也会掉进"123"这个数字黑洞里。

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例2.毕达哥拉斯是古希腊哲学家、数学家.他创建了著名的宗教、政治、学术合一的毕达哥拉斯学派,该学派信奉"万物皆数",即相信世界是可知的,它有某种固有的结构与秩序,而这种结构和秩序又服从数的规律。

比如:常用小石子在沙滩上摆成各种形态来研究数,他们研究过图①中的1,3,6,10…由于这些数能够表示成三角形,故将其称为"三角形数".类似地,称图②中的1,4,9,16…这样的数称为"正方形数"。下列数中,既是"三角形数",又是"正方形数"的是()

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

解法一:图①中第n个图表示的数是1+2+3+…+n=n(n+1)/2,图②中第n个图表示的数是n2。

∵1225=49×50/2,1225=35,∴选C.

解法二:设d是正整数,且d不是完全平方数,形如x²一dy2=士1的不定方程被称为佩尔方程。由数论知识可知:若正整数p,q是满足方程x2一dy2=1的最小解,则其通解为:

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"形数""佩尔方程"是初等数论中最经典的内容之一,例2蕴涵浓郁的数学文化气息,主要考查观察、归纳能力和综合运用数学知识方法进行论证推理的能力,把合情推理与演绎推理有机结合,将数学知识方法与数学文化融为一体。

一道貌似平凡的试题蕴涵着深刻的数论知识。唯有充足的知识方法储备,才能高屋建领地解决问题。

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变式.

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然而有学生却告诉我,他几乎是默写上去的,因为这个数太特殊……,于是引发了我对于这个数的兴趣,142857究竟是一个怎样的数呢?

世界上最神奇的数字: 142857。

首先把这个142857从1到6按顺序乘一下,就会出现如下6组数字:

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

142857x5=714825;148257x6=857142;

不知道大家是否发现这6组数字神奇在什么地方,仔细看的朋友也许发现了,对,这6组数字竟然是同一个142857,只是数字之间位置改变了而已。

继续……

142857这个数字乘上7,142857x7=999999,你是否很惊讶?

再把142857这个数字分解成两组数字,142,857,这两个数字之和得出142+857=999,再把142857分解成三组数字,14,28,57,这三组数字之和得出,14+28+57=99,最后我们把142857再乘于142857,结果是142857x142857=20408122449,再把20408122449分解两组数字,20408和122449,它们之和是:20408+122449=142857。

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142857发现于埃及金字塔内,它证明一星期有7天,它自我累加一次,就由它的6个数字,依顺序轮值一次,到了第7天,它们就放假,由999999去代班,数字越加越大,每超过一星期轮回,每个数字需要分身一次,请继续看

142857×1=142857(原数字);142857×2=285714(轮值);142857×3=428571(轮值);

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

142857×7=999999(放假由9代班)。142857×8=1142856(7分身,即分为头一个数字1与尾数6,数列内少了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也需要分身变大);

继续算下去……以上各数的单数和都是"9"。有可能藏着一个大秘密……

如果不是学生告诉我,我也不会去查这个数,真可谓教学相长啊。

142587蕴含着很多的宇宙至理,比如宇宙的轮回,宇宙的生生不息等。正是它的神奇,才让科学家认为它有可能蕴含着宇宙的终极奥秘。只不过,我们现在还没有发现。

在东西方文化中,"7"是具有神秘色彩的数字,一个星期7天、七色霞光、纯水的pH值、七巧板、哥尼斯堡七桥问题……都关联着"7"。七巧板激发了意大利家具设计师丹尼尔·拉格的设计灵感,他将七巧板用于组合书架的设计,创作出极具特色的作品.

例4. 魔鬼数666

"六六大顺"在中国传统观念中,"666"是个吉祥的数字,但在西方"666"被称为"魔鬼数"因为"7"代表着完全、神圣,而"666"是七缺一后重复三次,表示极不完全。

很多人以为12月25日是耶稣的生日,其实这一天是波斯太阳神(即光明之神)密特拉的诞辰,而与太阳神相对的是魔鬼撒旦。在基督教中,撒旦的代号是666,因此666也被叫做魔鬼数。

天主教的帽子上有拉丁文"VICARIUS FILII DEI",按照法国友人的说法就是"the one who in this world wants to play God",也就是在这世界上却想扮演上帝角色的人,就是指撒旦。

在罗马数字中,I =1,V =5,X = 10,L = 50,C = 100,D = 500,M = 1000。如果把其余字母看成0,并把字母换成数字,就有:

VICARIUS = 5+1+100+1+5(U 在罗马字母里就是V)

FILII = 50+3;

DEI = 500+1;

相加可得VICARIUS+ FILII+ DEI=666;

因此三个连写的6在圣经里是魔鬼的代号。根据传说,每个世纪第6年的6月6日,魔鬼能量便会大爆发,世界末日即将到来。当然,这只是一个已经被证否的传说。不过666这个数字倒是有很多神奇的性质。

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下面的故事从一个侧面说明西方人很忌讳这个"魔鬼数"

美国前总统里根在任时本想移居洛杉矶贝莱尔市的劳德大街,当他知道未来居住的别墅门牌号是"666"时,万分惊讶,动用总统权力让贝莱尔市政府改动寓所号。

例5.(2020春•沙坪坝区校级月考)阅读下列材料:

数学中枚举法是一种重要归纳法也称为列举法、穷举法,是暴力策略的具体体现,又称为蛮力法.用枚举法解题时应该注意:

(1)常常需要将对象进行恰当分类.

(2)使其确定范围尽可能最小,逐个试验寻求答案.

正整数N的末尾为5称为"威武数",那么N的平方数为M称为"平武数".

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),

……

由以上的枚举可以归纳得到的"平武数"特点是:

①"平武数"的末两位数字是25;

②去掉末两位数字25后,剩下部分组成的数字等于"威武数"去掉个位数字5后剩部分组成的数字与比此数大1的数之积.(如例中的括号内容)

(1)根据以上特点我们能够很快的推出一个四位数的"平武数"M一共有______个.

(2)同学们用学过的完全平方公式求证:当"威武数"N为任意二位数时,"平武数"M都满足以上特点.

(3)已知"平武数"M的首位数是2且小于六位,又满足N的各位数字之和与M的各位数字之和相等,求出"平武数"M的值.

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∴M的末尾两位数是25,

∴当"威武数"N为任意二位数时,"平武数"M都满足以上特点;

(3)当M是四位数时,设M的千位数是x,百位数是y,

此时N是两位数,设N的十位数字是z,∴10x+y=z(z+1),

∵N的各位数字之和与M的各位数字之和相等,

∴z+5=x+y+2+5,∴z=x+y+2,∴z²+2=9x,

∴当x=2时,z=4;当x=5时,z=3;∴M=2025或M=3025;

当M是五位数时,设万位数字是x,千位数字是y,百位数字是z,

∵315²=99225,∴N的首位两个数字和最大是11,

设N的十位数字是a,当N的首位是1时,

∴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;

当N的首位是2时,∴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),

此时a不存在;∴M的值为2025或3025或21025.

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数是抽象的,也是有力的;数是枯燥的,也是震撼的;数是神秘的,也是神圣的。数学是一门浩瀚伟大的科学,而表述数学的就各种神奇的数字,世界万物,宇宙万物甚至包括宇宙的终极答案,都有可能包含在这些神奇玄妙的数字当中,可能蕴含着宇宙的奥秘。

著名女诗人普拉斯曾说过:“魅力有一种能使人开颜、消怒,并且悦人和迷人的神秘品质。它不像水龙头那样随开随关,突然迸发。它像根丝巧妙的编织在性格里,它闪闪发光,光明灿烂,经久不灭。”数学则恰恰是“魅力”最好的代言人,它的形式简单有序而又对称统一,它的内涵严谨简洁而又富含哲理性,它的和谐更是体现在数学的各个微小细节,它的曲折而坎坷的发展道路更像是孩子走向成熟的过程,让人感同身受而又无限向往。


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