原來,數學是如此浪漫的語言

2021-02-19 科學出版社

誰說數學不浪漫?看看下面這對親和數(又叫戀愛數)吧!

 

220 與284—一對戀愛數。

 

220 一共有12 個不同的因數:1,2,4,5,10,11,20,22,44,55,110,220。如果不算220 自身這個因數,那麼,220 所有因數的和正好是

 

1+2+4+5+10+11+20+22+44+55+110= 284

 

284 一共有6 個不同的因數:1,2,4,71,142,284。如果不算284 自身這個因數,那麼,284 所有因數的和又正好是

 

1+2+4+71+142=220

 

220 與284 這一對最奇妙的數字,就好像一對情侶把自己的心一片片分解並獻給心愛的對方,而完全失去自我。兩個數字彼此相互滲透、相互包容,直至完全融為一體,就像兩個相愛的人共同演繹一段美好的愛情。

 

關於親和數220 與284 的浪漫特徵,臺灣電視連續劇《牽牛花開的日子》作了最好的詮釋。該劇以220 女孩和284 男孩悽美動人的愛情故事為線條,講述了一個破碎窮困的家庭……不幸一個接一個,但220 女孩與284 男孩始終愛著對方,至死不渝……

 

據說中世紀曾流行這種成對的護身符,一個刻著220,一個刻著284,用於戀人們祈求愛情的忠貞。

 

親和數的歷史可追溯到遙遠的古希臘時代,人們發現某些自然數之間有特殊的關係:如果兩個自然數a 和b ,a 的所有真因數之和等於b ,b 的所有真因數之和等於a ,則稱a 和b 是一對親和數。

 

相傳,畢達哥拉斯的一個門徒向他提出這樣一個問題:「我結交朋友時,存在著數的作用嗎?」畢達哥拉斯毫不猶豫地回答:「朋友是你的靈魂的倩影,要像220 和284一樣親密。」又說:「什麼叫朋友?就像這兩個數,一個是你,另一個是我。」後來,畢達哥拉斯學派宣稱說:人之間講友誼、愛情,數之間也有「相親、相愛」。從此,便把220 和284 叫作「親和數」或者叫「朋友數」或者叫「相親數」。這就是關於「親和數」這個名稱來源的傳說。

 

你的真因數之和等於我,我的真因數之和又正好等於你,這對奇異的數就像一對親密無間的戀人。數學上,具有這樣特徵的一對自然數就是「親和數」。畢達哥拉斯發現的220 與284,是人類認識的第一對親和數,也是最小的一對親和數。

 

自畢達哥拉斯後的1500 年間,世界上有很多數學家致力於探尋親和數。面對茫茫數海,無疑是大海撈針,雖經一代又一代人的窮思苦想,有些人甚至為此耗盡畢生心血,卻終無所獲。9 世紀,伊拉克哲學、醫學、天文學和物理學家泰比特·依本·奎拉曾提出過一個求親和數的法則,因為他的公式比較繁雜,難以實際操作,再加上難以辨別真假,故它並沒有給人們帶來驚喜,使人走出困境。在這個時間段內,數學家們仍然沒有找到第二對親和數。

 

16 世紀,已經有人認為自然數裡就僅有這一對親和數。一些有心人士甚至給親和數抹上迷信色彩或者增添神秘感,編出了許許多多的神話故事。比如,有人宣傳這對親和數在魔術、法術、佔星術和佔卦上都有著重要的作用。

 

距離第一對親和數誕生2500 多年以後,歷史的車輪轉到17 世紀,1636 年,法國「業餘數學家之王」費馬找到第二對親和數17 296 和18 416,這重新點燃了人們尋找親和數的火炬,在黑暗中尋找光明。兩年之後,「解析幾何之父」—法國數學家笛卡兒於1638 年3 月31 日也宣布找到了第三對親和數9 363 584 和9 437 506。費馬和笛卡兒在兩年的時間裡先後找到兩對親和數,打破了2000 多年的沉寂,激起了數學界重新尋找親和數的波濤。

 

「波濤」所起,激情所至。在17 世紀以後的歲月,許多數學家都投身到尋找新的親和數的行列,他們企圖用靈感與枯燥的計算發現新大陸。可是,無情的事實使他們領悟到,大家已經陷入了一座數學迷宮,不可能出現法國人的輝煌了。

 

正當數學家們真的感到絕望的時候,平地又起了一聲驚雷。1747 年,年僅39 歲的瑞士數學家歐拉竟向全世界宣布:他找到了30 對親和數,並以為2620 和2924 是最小的第二對親和數。後來親和數又擴展到60 對,不僅列出了親和數的數表,而且還公布了全部運算過程。歐拉採用了新的方法,將親和數劃分為五種類型加以討論。歐拉超人的數學思維,解開了人類止步了2500 多年的難題,數學家們無不拍案叫絕。

 

時間又過了120 年,到了1867 年,義大利有一個愛動腦筋、勤於計算的16 歲中學生白格黑尼,竟然發現數學大師歐拉的疏漏—在284 與2620 之間還有一對較小的親和數:1184 和1210。這對較小的親和數竟然沒有被大師們發現!這真是戲劇性的發現,的確讓數學家們更加如痴如醉。

 

在以後的半個世紀的時間裡,人們在前人的基礎上,不斷更新方法,陸陸續續又找到了許多對親和數。到了1923 年,數學家麥達其和葉維勒匯總前人研究成果與自己的研究所得,發表了1095 對親和數,其中最大的數有25 位之多。同年,另一個荷蘭數學家裡勒找到了一對有152 位數的親和數。

 

在找到的這些親和數中,人們發現,親和數發現的個數越來越少,數位越來越大。同時,數學家們還發現,若一對親和數的數值越大,則這兩個數之比越接近於1,這是親和數所具有的規律嗎?人們企盼著最終的結論.

 

電子計算機誕生以後,結束了筆算尋找親和數的歷史.有人在計算機上對所有100萬以下的數逐一進行了檢驗,總共找到了42 對親和數,發現10 萬以下數中僅有13 對親和數。然而,局限於計算機的功能與數學方法的不夠,目前這種努力還沒有重大突破。尋找未知親和數正等待著不畏艱辛的數學家和計算機專家,發現新的親和數必將捷報頻傳。

 

人們還發現,每一對奇親和數中都有3,5,7 作為素因數。1968 年,布拉得利和邁凱提出猜想:所有奇親和數都是能夠被3 整除的。1988 年,巴蒂亞託和博霍利用電子計算機找到了不能被3 整除的奇親和數,從而推翻了布拉得利等的猜想。巴蒂亞託等找到了15 對都不能被3 整除的奇親和數,它們分別是36、42 位的大數。作為一個未解決的問題,巴蒂亞託等希望有人能找到最小的。

 

另一個問題是,是否存在一對奇親和數中有一個數不能被3 整除?

 

至今為止,所發現的所有親和數要麼都是偶數,要麼都是奇數。這是一個必然現象嗎?因此,歐拉提出了一個問題:是否存在一對親和數,其中有一個奇數,而另一個是偶數?200 多年來,歐拉提出的問題尚未解決。

 

最後,給出較小的幾對親和數以饗讀者:220 和284,1184 和1210,2620 和2924,5020 和5564,6232 和6348。

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