神奇的數字黑洞

2023-01-25 22:39:05 字數 3282 閱讀 4769

人教版小學數學五年級上冊第31頁的「你知道嗎?」談到了數字黑洞6174。這個數字黑洞是印度數學家卡普耶卡於2023年發現的。

類似的數字黑洞還有許多。黑洞原本是天文學中的概念,表示這樣一種天體:它的引力場非常強,任何物質甚至是光,一旦被它吸入就再也休想逃脫出來。

數學中借用這個詞,正像文中所說的那樣,「數學黑洞是指自然數經過某種數**算之後陷入一種迴圈的境況。」

下面再介紹幾個有趣的數字黑洞。

1、數字黑洞153

任意取乙個是3的倍數的數。求出這個數各個數字上數字的立方和,得到乙個新數,然後再求出這個新數各個數字上數字的立方和,又得到乙個新數,如此重複運算下去,最後一定落入數字黑洞「153」。

如,取63。

63+33=216+27=243, 23+43+33=8+64+27=99,93+93=729+729=1458, 13+43+53+83=1+64+125+512=702,73+03+23=243+0+8=351, 33+53+13=153, 13+53+33=153,……

再如,取219。

23+13+93=8+1+729=738,73+33+83=343+27+512=882,83+83+23=512+512+8=1032,13+03+33+23=1+0+27+8=36,33+63=27+216=243,23+43+33=8+64+27=99,93+93=729+729=1458,13+43+53+83=1+64+125+512=702,73+03+23=343+0+8=351,33+53+13=27+125+1=153,13+53+33=153,……

數字黑洞153又叫「聖經數」,

這個奇妙的數「153」是一位叫科恩的以色列人發現的。科恩是一位**徒。一次,他在讀聖經《新約全書》的「約翰福音」第21章時,當他讀到:

耶穌對他們說:「把剛才打的魚拿幾條來。」西門·彼得就去把網拉到岸上。那網網滿了大魚,共153條;魚雖這樣多,網卻沒有破。

數感極好的科恩無意中發現153是3的倍數,並且它的各位數字的立方和仍然是153。無比興奮之餘,他又用另外一些3的倍數來做同樣的計算,最後的得數也都是153。於是,科恩就把他發現的這個數153稱為「聖經數」。

後來,英國數學家奧皮亞奈對此做出了證明,《美國數學月刊》對有關問題還進行了深入的**。

2、數字黑洞123

任意取乙個數,求出它所含偶數的個數、奇數的個數、這兩個個數的和(也就是這個數的位數),用所得的三個數作數字依次組成乙個三位數。對這個三位數重複前面的做法,得到乙個新的三位數,如此進行下去,最後必然落入數字黑洞123。

如,取31415926。偶數數字有4、2、6共3個,奇數數字有3、1、1、5、9共5個,二者的和是3+5=8個,由數字「3」「5」「8」組成的新數是358;

358的偶數數字有8這1個,奇數數字有5、8共2個,二者一共是1+2=3個,由數字「1」「2」「3」組成的新數是123。

再如,取142857。偶數數字有4、2、8共3個,奇數數字有1、5、7共3個,二者的和是3+3=6個,由數字「3」「3」「6」組成的新數是336;

336的偶數數字有6這1個,奇數數字有3、3共2個,二者的和是1+2=3個,由數字「1」「2」「3」組成的新數是123。

3、數字黑洞6174和395

前蘇聯的科普作家高基莫夫在他的著作《數學的敏感》一書中,提到了乙個奇妙的四位數6174,並把它列作「沒有揭開的秘密」。不過,近年來,由於數學愛好者的努力,已經開始撥開濃霧,逐步見天日了。

6174有什麼奇妙之處?

請隨便寫出乙個四位數,這個數的四個數字有相同的也不要緊,但不准這四個數完全相同,例如 3333、7777等都應該排除。寫出四位數後,要把它整理一下,其辦法是:把這個數中的各位數字按大到小的順序和從小到大的順序重新排列,將得到由這四個數字組成的四位數中的最大者和最小者,兩者相減,就得到另乙個四位數(如果數字不足,就在前面添0補足四位)。

將組成這個四位數的四個數字施行同樣的變換,又得到乙個最大的數和最小的數,兩者相減,……這樣迴圈下去,一定在經過若干次(最多7次)變換之後,得到 6174。

例如,開始時我們取數8208,重新排列後最大數為8820,最小數為 0288,8820-0288=8532;對8532重複以上過程:8532-2358=6174。這裡,經過兩步變換就掉入6174這個「黑洞」 裡。

(這裡,0288也得看成乙個四位數。) 再如,我們開始取數2187,按要求進行變換: 8721-1278=7443→7443-3447=3996 →9963-3699=6264→6642-2466=4176 →7641-1467=6174。

這裡,經過五步變換就掉入了「黑洞」—— 6174。

拿由1、4、6、7這四個數字組成的任意四位數來說,都只需一步:7641-1467=6174,就掉入「黑洞」再也出不來了。所有的四位數都會掉入6174這個黑洞,不信者可以取一些數進行驗證。

驗證之後,你不得不感嘆6174的引力之大。由這個四位數黑洞我們自然會想到:是否存在類似的其它位數的黑洞呢?

顯然,存在類似黑洞的前提是,必須有類似6174的數,即這個數等於重排它的各個數碼的最大數與最小數的差。在三位數中找到了495,你看:954-459=495,得到的仍然是495。

495這個黑洞有多大的引力呢?也就是說它能把多少個三位數吸到這個黑洞中來呢?其實,495的吸引力與6174 一樣大!

它能把除三個數碼一樣的三位數以外的所有三位數都吸到495這個黑洞中來,並且最多不超過6步。如果不信,你可以試試。四位數與三位都找到了具有強大吸引力的黑洞。

遺憾的是,人們在兩位、五位、六位、七位數、……中竟然找不到類似6174和495這樣的數,自然也就不存在這些數字的類似的黑洞了。

4、數字黑洞1和4

任意取乙個非0自然數,求出它的各個數字上數字的平方和,得到乙個新數,再求出這個新數各個數字上數字的平方和,又得到乙個新數,如此進行下去,最後要麼出現1,之後永遠都是1;要麼出現4,之後開始按4、16、37、58、89、145、42、20迴圈。

如,取365。

32+62+52=9+36+25=70,72+02=49+0=49,42+92=16+81=97,92+72=81+49=130,12+32+02=1+9+0=10,12+02=1+0=1,12=1,……

再如,89。

82+92=64+81=145,12+42+52=1+16+25=42,42+22=16+4=20,22+02=4+0=4,42=16,12+62=1+36=37,32+72=9+49=58,52+82=25+64=89,82+92=64+81=145,12+42+52=1+16+25=42,42+22=16+4=20,22+02=4+0=4,……

數字黑洞是一種神秘而饒有興味的現象,它的發現有一定偶然性,它的計算過程很簡單,不容置疑,而它的證明卻非常困難,有的至今還沒有結果。這也恰恰是數學的誘人之處。把數字黑洞作為數學文化引入教材,對於提高學生學習數學的興趣,全面認識數學大有好處。

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