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“42”,这个数字可一点都不乏味

人民邮电出版社 579

前言:

现时我们对“二叉树算式表达式”大约比较看重,你们都需要分析一些“二叉树算式表达式”的相关资讯。那么小编在网上搜集了一些有关“二叉树算式表达式””的相关内容,希望咱们能喜欢,朋友们快快来学习一下吧!

近日,数学家终于谱写出了 42 的三个整数的立方和。这解决了一个已经被考虑了 65 年的问题,42 已经不是最孤单的数字了。

其实,42一点都不乏味!

好吧,虽然这早已不是秘密了。

这个数在道格拉斯·亚当斯的《银河系搭车客指南》里很重要,它是“关于生命、宇宙以及一切之终极问题”的答案。这 一发现马上产生了一个新问题:什么才是真正的关于生命、宇宙和所有一切之终极问题?亚当斯说,他选择这个数是因为,他快速地问了一圈朋友们,大家都认为 42 是最乏味的。

在此,我想保护 42 不受这样的诽谤。就数学意义而言,42 毫无疑问无法和 4、π,甚至是 17 相提并论。然而,它也并不是完全无趣的。42 是普洛尼克数、卡塔兰数,也是最小的魔方幻方常数。当然,它还有一些其他特点。

普洛尼克数

所谓普洛尼克数(也叫长方形数、矩形数或 heteromecic 数)是指两个连续整数的积,因此它的形式是 n(n+1) 。当 n=6 时,我们可以得到 6 x 7 = 42 。由于第 n 个三角形数是 ½[n(n+1)],所以普洛尼克数是三角形数的 2 倍。它还是前 n 个偶数之和。数量是普洛尼克数的点可以排列成一个矩形,这种矩形的一条边比另一条边大 1(图 171)。

图 171 前 6 个普洛尼克数。阴影部分表示它们为什么是三角形数的 2 倍

这里有一个关于高斯的故事,在他还很年轻的时候,被老师要求完成一个一般形式的问题

很快发现,如果相同的和式以递减的顺序写出来,即

其相应的数对之和都等于 101 。因为有 100 对这样的数对,所以它们的总和为 100 x 101 = 10100,这是一个普洛尼克数。老师提出的问题的答案是这个数的一半,即 5050 。然而,我们实际上并不知道高斯的老师在课上提出的问题到底是什么,它有可能更难。如果是这样的话,那么高斯就更聪明了。

第 6 个卡塔兰数

卡塔兰数出现在许多不同的组合问题里,所谓组合问题是指对各种数学任务的完成方法进行计数。这个问题可以追溯到欧拉,他计数了一个多边形可以分割成多少种顶点相接的三角形。后来,欧仁·卡塔兰发现了这类问题和代数之间的联系:在加法或乘法算式里插入括号的方法有多少种。我很快就会做解释,但首先让我先介绍一下这类数。

对 n = 0, 1, 2,…而言,前几个卡塔兰数 Cn

利用阶乘可以得到如下公式:

当 n 比较大时,它还有一个很好的近似公式:

这又是一个在看似和圆或球体无关的问题里出现了 π 的例子。

Cn 是把正 (n+2) 边形分割成三角形的不同方法的数量(图 172)。

图 172 把六边形分割成三角形的 14 种方法

它也是生成有 n+1 片叶子的二叉树的数量。二叉树源于一个根节点, 然后从这个节点开始向两边分枝。每个分枝都以点或叶子结束。每个点必须继续分出两枝(图 173)。

图 173 5 棵有 4 片叶子二叉树

如果你觉得这个想法有点难懂,那么它和代数还有一个更直接的联系——计算在加法或乘法算式中插入括号的方法的总数,例如对 abcd 而言, 有C5 种可能:

一般而言, n+1 个符号有 Cn 种插入括号的方法。为了搞明白其中的联系, 我们可以把这些符号顺次填在树的叶子上。如果一对叶子有相同的节点,那么就插入括号。如图 174 所示,我们先从左往右把 4 片叶子标上 a 、b 、c 、d 。然后,从下往上在连接 b 和 c 的节点旁标记 (bc)。它上面的节点连接了 a 和标记为 (bc) 的节点,因此新的节点对应于 (a(bc))。最后,顶上的节点连接了 (a(bc)) 和 d,因此,它是 ((a(bc))d) 。

图 174 把二叉有根树转化成代数

许多其他的组合问题也会出现卡塔兰数;以上是最容易描述的一小部分。

魔方

一个 3 X 3 X 3 魔方的幻方常数是 42。这样的魔方包含了 1,2,3......27 每个数各一次,平行于棱边的每行或经过中心的对角线中的数之和是相等的——这个和被称为幻方常数。所有

27 个数之和是 1 + 2 + ... + 27 = 378。这些数可以被分成 9 组不相交的三元组,而每个三元组相加后可以得到幻方常数,因此幻方常数必须是

这样的排列是存在的,图 175 就是一个例子。

图175 3 X 3 X 3 魔方的连续三层

其他特点

1. 42 是分拆 10 的不同方法的数量,拆分需按自然顺序把数写成整数之和。

2. 42 是第二个楔形数,所谓楔形数是指 3 个不同质数之积。在这里,42 = 2 x 3 x 7。

3. 42 是第三个 15 边形数,它和三角形数类似,但基于的是正 15 边形。

4. 42 是超级多重完全数:除数之和的除数之和(包括 42 ),这样重复 6 次之后的数字等于自己。

5. 在一段时期内,42 是已知最好的 π 的无理性度量值,即精确量化 π 有多“无理”的一种方法。特别是库尔特·马勒在 1953 年证明了对任意有理数p/q 而言,有

不过,V. 卡·萨利科夫在 2008 年将 42 修订成 7.60630853,因此 42 在这里又变回了无趣。

6. 42 是第三个本原伪完全数。所谓本原伪完全数需满足条件:

其中 Pj 是可以整除 N 的不同质数。前几个本原伪完全数分别是

7. 42 是这样的一种 n,存在小于 n 的 4 个不同正整数a 、b 、c 、d 且 ab - cd、ac - bd 和 ad - bc 全都可以整除 n。它是仅有的已知具有这种性质的数,但人们尚不知道是否还存在其他这样的数。

8. 42 是被证明的香肠猜想里的最小维度(见第 56 章)。不过,人们猜想命题在大于等于 5 维时都成立,因此,42 在这里的意义依赖于当下掌握的知识。

看到了吗? 42 一点都不乏味!

更多 42 的故事,请关注《不可思议的数》。

作者:Ian Stewart 译者:何生

斯图尔特教授继《数学万花筒》之后的又一力作.

书中介绍了各种各样的数:从常见的自然数 0 至 10 到负数,从“简单”的有理数到复杂多变的有理数和无理数;从已知最大的质数到最小的无穷大。每个数都有它自己的故事,而围绕着这些数,作者不但讲述了每个数背后的历史,更拓展出众多有趣的数学问题,让这些数成为带读者进入神奇数学世界的“引路人”。

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