完全數 與 單位分數 的關係

2021-03-01 數學教學研究

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(一)完全數

一個正整數,如果它的除自身以外的全部因子的和等於這個數本身,我們就說這個數是完全數

6是第一個完全數。6除自身以外的全部因子為:1,2,3。它們的和等於6:

1+2+3 = 6

下一個完全數是28,因為:

1+2+4+7+14 = 28

第三個完全數是496:

1+2+4+8+16+31+62+124+248 = 496

(二)單位分數

分子為1,分母為正整數的分數叫做單位分數,比如:

提出一個問題:如何把1表示成若干個不同單位分數的和 ?

這個問題比較大,幾句話甚至幾頁紙不一定可以說清楚,可能要寫一本小書。這裡,我能做到的,是普及一些基礎的有趣的相關數學知識。前面提到了完全數,那麼,我們就說一說完全數與單位分數的關係。

有結論:存在一種完全數,就會相應地存在一種把1表示成不同單位分數之和的表達式。比如:

有完全數6,就有下面的1的單位分數之和的表達式:

同樣,有完全數28,就有下面的1的單位分數之和的另一種表達式:

這很好理解。只要把完全數的表達式兩邊同時除以完全數即可。

所以,從完全數的表達式

496 = 1+2+4+8+16+31+62+124+248

出發,把它的兩邊同時除以496,就可以得出:

上面只是說,存在與完全數相關的1的單位分數表達式,但是不是還有其他的表達式,這裡我們不涉及。

如何把一個整數或分數表示成若干個單位分數(不一定非要不同)的和,也是有關單位分數研究的內容。鋪地磚問題就可以用單位分數進行研究而徹底解決。比如:

表示三塊正六邊形地磚可以無縫拼接在一起,並且可以無限擴充填滿全部平面而不留任何空隙。

這個式子是怎麼來的?以後將會介紹。

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