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花朵数

来源:不详       更新时间:2011-10-19 10:32:16
 
经常在自然数的世界里探索的人,总会被一些奇巧的等式所吸引,当我们第一次从资料上见到水仙花数(153=13+53+33、370=33+73+03、371=33+73+13、407=43+03+73)时,就对它们的名称和奇异和谐的数字美所震撼。从此,我们就一直在寻览和探索这种数学公园里的花儿朵朵的美丽景象。现在,通过电脑编程搜索,我们终于可以将花朵数问题作更进一步的研究了。
  
  定义:设一个n位整数An=a1a2……an,如果An=a1n+a2n+……+ann,则称An为n瓣花朵数,其中0≤ai≤9,i=1,2,…,n。
  
  一、一瓣花朵数:当n=1时,由定义可以知道,1-9各数的一次幂仍然是它本身,故我们把1、2、3、4、5、6、7、8、9通称为一位花朵数。一位中学生看到夜百荷花独开一枝的景象,就称一位花朵数为夜百荷数。任意一个自然数,当我们不断地求它的数字和后,最终得到的结果都是夜百荷数,比如9762136,91+71+61+21+31+61=34,31+41=7。实际上,这种运算是求一个自然数除以9的余数的快速方法。
  
  二、二瓣花朵数。当n=2时,满足定义a2+b2=ab的自然数称为二瓣花朵数,但二瓣花朵数是不存在的。但我们从任意一个数出发,反复求各位数字的平方和,最终必定是两种结果,一种结果是1,另一种是进入一个呈周期变化的圈:(20,4,16,37,58,89,145,42),文(2)《奇妙的幻方》一书中,将这一组数称为菊花数。
  
  为了全面研究自然数各位数字的方幂和的规律,我们给出下列定义:
  
  定义2:设一个有m个数的数组(a1a2…an,b1b2…bn,c1c2…cn,……,d1d2…dn),如果a1n+a2n+…+ann=b1b2…bn,b1n+b2n+…+bnn=c1c2…cn,……,d1n+d2n+…+dnn=a1a2…an),那么称这组数为n瓣花卉数,m称为周期,其中0≤ai,bi,ci,di≤9,i=1,2,…,n。
  
  根据定义2上述菊花数实际上是周期为8的二瓣花卉数。
  
  三、三瓣花朵数。本文开头所提到的四个水仙花数,就是三瓣花朵数,资料表明,首先发现水仙花数的人是英国大数学家哈带(G.H.Hardy,1877-1947)。在我国两本杂志上,也曾刊登过对水仙花数的进一步的研究,他们分别又得出了四个水仙花卉数:(136,244);(919,1459);(55,250,133);(160,217,352)。
  
  对于什么样的自然数n有花朵数?这样的n是有限个还是无穷多个?对于已经给定的n,如果有花朵数,那么有多少个花朵数?我们起初以为对于任意的n都存在花朵数,但1986年美国的一位数学教师安东尼.迪拉那(AnthonyDiluna)巧妙地证明了使n位数成为花朵数的n只有有限个:
  
  设An是n瓣花朵数,即An=a1a2…an=a1n+a2n+……+ann,(其中0≤a1,a2,a3,...,an≤9),从而10n-1≤An≤n×9n,即n必须满足n×9n>10n-1,也就是(10/9)n<10n,随着自然数n的不断增大,(10/9)n值的增加越来越快,很快就会使得(10/9)n<10n不成立,因此,满足(10/9)n<10n的n不能无限增大,即n只能取有限多个,进一步的计算表明:
  
  (10/9)60=556.4798…<600=10×60,(10/9)61=618.3109…>610=10×61。
  
  对于n≥61,便有(10/9)n>10n,由此可知,使不等式(10/9)n<10n成立的自然数n≤60,故满足定义的花朵数的位数最多是60。但当首位数为几个0时,也可以满足定义,我们称它为广义花朵数,广义花朵数是没有位数限制的。
  
  四、四瓣花朵数(桃花数)。寻找花朵数的方法,最完整的方法是全面的计算和搜索。例如,由12出发,屡次进行数字的四次幂和的运算,最终必能得到一个四瓣花朵数8208,计算顺序是12,17,2402,288,8208,8208……。通过全面考察我们得到四瓣花朵数有三个:1634,9474,8208;四瓣花卉数有两个:(1138,4179,9219,13139,6725,4338,4514,1138);(2178,6514)

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