艾露恩的祝福吧 关注:1,266贴子:67,339
  • 10回复贴,共1

【日常生活中的数学原理】——你意想不到的神奇数字

取消只看楼主收藏回复

数学王子高斯曾经说过:如果数学是所有自然科学中最美的女皇,那么数论就是女皇头顶的皇冠。 后人又给这句话续了一句:哥德巴赫猜想就是皇冠上最为璀璨的明珠。
古往今来,任何一个大数学家,没有不研究数论的。很多人认为,每天研究小学生就懂自然数,到底有什么意义?这样的的东西也算的上研究吗?
其实,我写这篇帖子的目的就是希望纠正这种错误的认识,数是什么,以及自然数里的秘密,是一个非常严肃的话题,因为它是整个数学的基础。这不是空话,本文的最后一段,我会告诉你们为什么数学大师们都热衷看似最简单的数论,而不是你们认为很高深的高等数学。
数字太迷人了,一不小心,就会走火入魔。


IP属地:内蒙古1楼2013-06-02 14:57回复
    【从0.99999……谈起】
    这个等于1的循环小数提到过很多次了,并不是老生常谈,没得可说了。而是数学的魅力就在于此,任何一个小小的点,深挖下去,都有无穷无尽的秘密。
    一些朋友在“证明”0.999……和1相等的时候,给出了这样解释。
    ∵0.3333…… =1/3
    ∴3×0.3333……=0.9999……=3×1/3=1
    当然,这个问题算不上一个证明,但是是一个值得鼓励的思路,因为聪明的孩子想到了用已知的结论解决新的问题。
    但是,这个解释依然不够“本质”。1/9=0.1111…… 显然比1/3更为基础。
    1就是这么一个无比简单却又无比深刻的数字。
    比如很多人知道“1”有这样的性质:
    1^2=1
    11^2=121
    111^2=12321
    1111^2=1234321
    ……
    111 111 111^2=12345678987654321
    这样的现象,在数学上称之为数字宝塔。

    什么?你早就知道了?
    你总是这样容易被满足,于是你根本发现不了更多的秘密。 别着急,你才刚刚上路,我们先换个话题。


    IP属地:内蒙古3楼2013-06-02 15:13
    回复
      【缺8数的秘密】
      自然数的秘密,普及的最好的,大概就是“缺8数”了吧。 这个神奇的性质,是我国当代著名数学家也是科普教育家谈祥柏先生发现的。 向前辈致以深深的敬意。
      拿起你的计算器~
      012345679 仔细一看,这个数字非常有规律,但是少了一个数字“8”,因此被称为“缺8数”。
      缺8数最基本的性质在于,如果这个数字乘以9的倍数,他会立刻变成“清一色”的样子。
      012345679×9 =111 111 111
      012345679×18=222 222 222
      012345679×27=333 333 333
      ……
      012345679×81=999 999 999
      当然,缺8数如果乘以3的倍数,虽然没有呈现出清一色之美,但也会出现非常规律的周期性排列
      012345679×3 =037 037 037
      012345679×12=148 148 148
      如果你有好奇心的话,你应该问我两个问题:
      ①为什么会这样?
      ②你这一段,和上一楼有什么关系?


      IP属地:内蒙古4楼2013-06-02 15:23
      收起回复
        【数字宝塔的破坏与再生】
        我第一段提到若干个1的平方,会形成一个数字宝塔。 然而,这个宝塔的完美形态,只能再111 111 111 (9个1)以下得到保持,为12345678987654321
        如果1的个数继续增加,宝塔将变的面目全非。
        山重水复疑无路,柳暗花明又一村。 很多时候,如果做得极端一点,可能就会毛瑟顿开,大彻大悟。
        【如果无穷个1组成的数字做平方,又会是什么样的光景?】
        0.1111……=1/9
        (0.1111……)^2=1/81
        1/81=0.012345679 012345679 012345679 012345679……
        看出来了么?“ 缺8数”012345679, 正是1/81这个循环小数的循环节!
        现在你明白,为什么这个数字为什么和9这么亲了吗?


        IP属地:内蒙古5楼2013-06-02 15:31
        回复
          【无穷无尽的秘密】
          已经发现,循环小数和数的整除性,质数的性质有着深刻的联系。我曾经用520和1314构造整除关系,看似都是天文数字,实际上我早已成竹在胸。 因为我用循环小数反推了数字的整除,不用计算我也知道一定除得净。

          然而,我们继续来谈谈缺8数。 实际上研究数字很简单,手边的自然数,加减乘除,一个几十块钱的卡西欧计算器 即可。
          012345679,研究完了乘法,不如研究研究加法。
          0+1+2+3+4+5+6+7+9=37
          37又是一个质数,看起来一点也不亲切,不过,请相信我,没有任何一个自然数,不是神奇的,只是你肉眼凡胎,看不懂它罢了。
          ①由缺8数各位数字之和得到的37,竟然是缺8数的一个因数,换言之,37能整除缺8数。
          012345679÷37=333667
          ②单是整除也就算了,这个商也不简单,从中间一刀两端
          333+667=1000
          ③还记得1/7的循环节,具有走马灯的性质么? 我们不妨让却8数转一转,但不改变各个数字直接的顺序

          ③我们重新排列这串数字,让2打头,看看什么叫阴魂不散。
          234567901÷37=6339673,6+3+3+9+6+7+3=37
          345679012÷37=9342676, 9+3+4+2+6+7+6=37
          456790123÷37=12345679,1+2+3+4+5+6+7+9=37 (缺8数又回来了~)
          567901234÷37=15348682,1+5+3+4+8+6+8+2=37
          679012345÷37=18351685,1+8+3+5+1+6+8+5=37
          790123456÷37=21354688,2+1+3+5+4+6+8+8=37
          901234567÷37=24357691,2+4+3+5+7+6+9+1=37
          不用质疑了,这些东西都可以根据高斯的不朽著作《算数研究》里的数论基本原理,得到严格的证明。
          虽然证明是必要的,但实际上最难能可贵的是拥有一双发现的眼睛。


          IP属地:内蒙古6楼2013-06-02 16:02
          回复
            【37的神秘咒语】
            37是一个富有魔力的数字,但实际上,它的神奇之处远远不止于此。
            37虽然是一个特立独行的质数,你似乎很难想象那些数字能被37整除。 但实际上,如果你有一个如下图所示的计算器,你立刻可以找到一大堆能被37整除的数字。

            计算器上的怪圈:
            在计算器上,1~9数字组成的九宫格中,随便一个数字开始,画一个仅有6个数字组成的圈,那么这串数字就是37的倍数。
            你比如,从1开始逆时针画个圈圈,123654.( 注意,计算器上3和6相邻,而不是3和4相邻)
            123654÷37=3342
            236541÷37=6393
            365412÷37=9876
            654123÷37=17679
            541236÷37=14628
            412365÷37=11145
            最下面的6个数字,逆时针旋转排列,都是37的倍数。 其实,顺时针旋转排列也照样成立。
            456321÷37=12333
            563214÷37=15222
            632145÷37=17085
            321456÷37=8688
            214563÷37=5799
            145632÷37=3936
            这才6个数字吧? 实际上计算器能组成圈的数字多了
            比如上面的6个数字:456987 不论从谁开始,顺时针,逆时针转,都是37的倍数。
            比如左面的6个数字:147852 不论从谁开始,顺时针,逆时针,都是37的整数倍。
            比如右面的6个数字:852369 不论从谁开始,顺时针,逆时针,都是37的整数倍。
            还可以隔海向往呢!
            比如最上面的3个数字和最下面的3个数字,123987,不论从谁开始,不论什么方向,都是37的整数倍。
            比如最左面的3个数字和最右面的3个数字,147963,不论从谁开始,不论什么方向,都是37的整数倍。
            【循环小数里的秘密】
            为什么会这样?整除性与循环小数之间有着密切的联系。光一个循环小数,就足以吸引很多人倾一世情思了。
            你虽然不一定能了解37为什么如此神奇,但是一看循环小数,立刻发现了37是个基佬。它在搞gay。
            1/37=0.027 027 027 027……
            1/27=0.037 037 037 037……
            咦?缺8数012345679×3,等于什么来着?


            IP属地:内蒙古7楼2013-06-02 16:25
            回复
              【关于“缺8数”与37】
              以上神奇的性质,都是谈祥柏先杀发现的。我一直视这位先杀为自己未曾谋面的导师,他的每一部著作我都看了好几遍。
              深深被老人家对数学的热爱而打动,也对老先生对数字的敏锐洞察力佩服不已。

              “缺8数”已经算是普及程度很高的趣味数学了,但实际上程度远远不够。比如你们可以百度百科一下“缺8数”,你会发现里面陈列的性质真不过是冰山一角。
              实际上,数学历来都不缺少发现,而真正缺少的,是这些美妙发现的传播。无疑,这种神奇的感觉,很容易激发初学数学的人的兴趣。相比于枯燥乏味的三角,几何,代数,也许有趣的数字性质,更适合培养一个孩子对于数学的热情。
              数字,的确是最美的数学。 它看似无比简单,却很可能蕴藏着这个世界最为深刻的道理。
              不信?容我再举一个例子。


              IP属地:内蒙古8楼2013-06-02 16:35
              回复
                【黄金分割与斐波那契数列】
                1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……
                我曾长期用112358作为游戏仓库的密码,或者什么东西的密码。
                这个数列,就是大名鼎鼎的斐波那契数列。前两项都是1,之后每一项都等于前两项的和。
                相邻两项之比,前一项比后一项,都是0.618的近似数。后一项与前一项的比值,等于1.618,恰好又是0.618的倒数。2/3,3/5,5/8,8/13,13/21… 无限趋近于黄金分割率。
                斐波那契螺旋(黄金分割曲线)的画法,实际上非常简单,就是基于112358这个简单数列做的。

                【黄金分割率的多种数学表述】


                其实我个人非常喜欢最后两个算式。
                体现了一种哲学思想:道生一,一生二,二生三,三生万物。

                不过,如果就拿这些糊弄你们,怎么能体现出【自然数】的神奇呢?


                IP属地:内蒙古11楼2013-06-02 17:32
                回复
                  【哥德巴赫猜想】与“a+b”和“1+b”的证明方法
                  哥达巴赫猜想是意义深远的,如果能把任意一个整数分解成3个质数之和,这无疑相当于宣告:整数的问题可以划归为0,1和质数的问题。
                  于是但凡研究数学的人,无疑不对这个未解难题垂涎三尺。 你包括我,最近阅读的材料都是王元,陈景润,华罗庚的关于这个猜想的研究成果。
                  当然我不说大话,只不过是作为一种兴趣爱好,了解一下这个问题罢了,你们不要想太多。万一哪天一不小心,对吧……
                  实际上,在中国广为流传的“1+2”和“1+1”,说的不过是哥德巴赫猜想的一种证明方法罢了。
                  这个猜想最大的难点在于,一般无穷的问题,我们只能用归纳法或者反证法解决。
                  但是质数的生成是没有递推规律的(或者更严格的说,是人类尚未发现质素之间的递推关系),导致归纳法用起来非常困难。
                  于是一些科学家尝试,能不能用逼近的方法接近哥德巴赫猜想?也就是先证明一些要求宽松的命题,从中探寻规律再利用这些规律证明猜想。 这实际上也符合人类解决问题的一般思路,由浅入深,由简单到复杂,由特殊到一般。
                  【“a+b”证明方法】
                  法国人提出来的,他提供了一种思路,我们可以先放宽要求,把问题改成:
                  任何一个大于2的偶数,都可以表示成【两个部分】的合
                  这两个部分,每一个部分都可以被表示为【有限个质数的乘积】,其中一个部分可以表示成a个质数的乘积,另一个部分可以表示为b个质数的乘积。
                  这个命题就被称为“a+b”命题,而哥德巴赫猜想,按照这个定义,实际上就是要证明大偶数可以被表示为“1+1”的形式。
                  注意:这个1+1的意思是,偶数可以表示为两个部分的和,每一个部分都是1个质数。这和“1+1=2”显然没有半毛线关系。
                  法国人率先证明了“9+9”,
                  即一个大偶数,都可以表示为两部分的和,每一个部分都可以表示为9个质数的成绩。
                  实际上,a+b两部分,都是合数。这和哥德巴赫猜想本质上完全不同。
                  随后,中国数学家在这个问题上取得重大突破,从9+9出发,连续减少a和b的数字。 王元院士在这个问题上攻城拔寨,一直把“9+9”减小为“1+3”。中国科学家证明用到的思路是“筛选法”,其实,到1+3,已经非常艰难了,当时普遍认为这个思路已经走投无路了。
                  1966年,王元先生的师弟,在中国尽人皆知的数学家陈景润先生,发表了论文《表达偶数为一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和》,震惊世界。 陈景润用非常巧妙的方法,证明了“1+2”。 看似一小步,实际上真的是困难重重,陈景润先生,已经把筛法用到淋漓尽致了,换句话说,筛选法,已经走山穷水尽了。
                  【一步之遥还是咫尺天涯?】
                  很多科普杂志或者媒体,经常说陈景润把哥德巴赫猜想证明的只有一步之遥。实际上这种说法非常不负责任。
                  哥德巴赫猜想:
                  任何一个大偶数,都可以表示为两个质数的和。 关键在于,它的落脚点是2个【质数】
                  “a+b”证法,本质上是研究2个【合数】的关系。
                  “1+b”证法,本质上是研究1个【质数】和1个【合数】的关系。
                  而“a+b”与“1+b”中的合数,要想划归为质数,何尝不是“哥德巴赫猜想”呢?
                  这种证明方法,无异于用“0.3333……=1/3”来证明“0.9999……=1”,你没有解释,0.3333……为什么等于1, 这个证明就是无效的。
                  “a+b”证法,终点就是“1+2”,这个方法永远到不了“1+1”。看似一步之遥,实则咫尺天涯。
                  就好像小孩子玩拼图,每次都只有最后一块放不上去,但这说明,你前面所有的努力,都是错误的。必须拆了重来。
                  并不是否认陈景润先生的功绩,陈先生的地位历史早有定论,拜读陈先生的著作,深感其治学严谨,思路活跃,特别是对筛法的使用,估计前无古人后无来者了。 而且陈景润证明的“1+2”,本身也是一个非常伟大的定理了。
                  我只是想说明:要想真的证明歌猜,必须找到完全创新的一个思路。 传统方法,都已经强弩之末,无力回天了。


                  IP属地:内蒙古14楼2013-06-02 18:54
                  回复
                    7这个数字真的是非常的神奇,不过似乎只有懂它的人才能懂得它为什么如此的神奇。

                    你比如说,7虽然是个特立独行的质数,只能被1和它本身整除。
                    ❤①:7包含在所有“吉利数字”之中
                    但如果把它作为除数,它竟然能整除掉所有的吉利数字。你比如666666,你比如888888,你比如686868,你比如668668,再比如886886. 这些数字竟然都是7的整数倍。
                    ❤②:最独特的循环小数
                    1/7=0.142857 142857 142857……
                    大家可能对1/3=0.3333…… 1/9=0.1111……比较熟悉。并且基于此能能提出“0.9999……为什么等于1”这样的高端问题。
                    但显然,1/7的样子就有点吓人了。7是如此简单的一个数字,而它竟然拥有着6位循环节。但你也许不知道的是,这循环节里的6位数字,竟然隐藏着无数惊天的秘密。
                    142857是我的银行卡密码,你们怎么懂我的情怀呢。
                    ★不可思议
                    142857×2=285714
                    142857×3=428571
                    142857×4=571428
                    142857×5=714285
                    142857×6=857142
                    看出什么了吗?多么的不可思议,不论乘以几,结果只不过是原来的6个数字颠倒顺序罢了。
                    ★真的很不可思议
                    142857×7=999999
                    ★这才是不可思议的事情
                    众所周知,5个点可以确定一个二次曲线。 就好像2点能确定一条直线,不共线的3点能确定一个圆一样。
                    6个点能在一个圆锥曲线上,是一种缘分;如果6个点竟然公椭圆,并且还存在3线共点,那就非常的不可思议了。
                    142857按照相邻关系,可以形成这样6个点。(1,4)(4,2)(2,8)(8,5)(5,7)(7,1) 之后就开始重复循环了。
                    这6个点竟然在一个椭圆上! 而且存在三线共点的“巧合”

                    (注:这个事情不是我发现的,是偶然拜读彭翕成老师的文章学习到的)
                    ❤③ 7与数学家的故事
                    很多数学家都和7这个数字有缘。
                    【高斯与“七等分圆难题”】
                    比如德国数学王子高斯,19岁时证明了争论2000多年的尺规作图难题“七等分圆是无法用尺规实现的”。 高斯实际上解决了所有圆的等分问题,比如虽然“七等分圆”不能实现,但是“十七等分圆”确实可以的。
                    这个证明是高斯的成名之作,他本人非常得意,生前希望在自己的墓碑上刻一个正十七边形。但高斯去世后,工匠认为这个正十七边形太丑了,因为它很像一个画的很蹩脚的圆,所以工匠把它改成了“正十七角星”刻在了高斯的墓碑上。

                    【欧拉与“哥尼斯堡的七座桥”】

                    这个问题讲过了,这里不再重复。29岁的欧拉,实际上一劳永逸的解决了“一笔画”问题,并由此开创了现代数学中炙手可热的《图论》分支。
                    【高斯的不朽著作《算术研究》,共有7个章节】 (我有这本书的英文版,如果你们谁兴趣浓厚,并且我认为你有能力读这本书,我可以借给你看。这真是本惊世之作)

                    【祖冲之用割圆术,把圆周率π计算到了小数点后的第七位】


                    IP属地:内蒙古17楼2013-06-03 02:09
                    回复
                      【七巧板被誉为这个世界最神器的玩具,看着就7个部分,已经拼出2000多种图案了】


                      七巧板早在几百年前,已经能拼出千人千面的108种人物了。各种形态,能反映人物的性格与活动,非常神奇,所以什么样的玩具培养什么样智商的孩子。 现在的小孩都玩装帧精美价格不菲的“喜洋洋与灰太狼”拼图,难怪孩子越来越傻。
                      【你知道数学学术界最著名的著作共有几本?】 数学七大名著!
                      1 《从微分观点看拓扑》J.W.米尔诺
                      2 《 无穷小分析引论》 Introduction to analysis of the infinite 欧拉
                      3 《自然哲学之数学原理》 伊萨克.牛顿
                      4 《几何原本》 欧几里得
                      5 《数论报告》希尔伯特
                      6 《算术研究》高斯
                      7 《代数几何原理》哈里斯(Harris)

                      上图为欧拉的著作《无穷小分析引论》。关于欧拉,我赞美的太多了。
                      不如听一听另一位伟大的数学家,拿破仑的帝师,数学分析大师拉普拉斯对欧拉的评价
                      Read Euler, read Euler, he is the master of us all! (读读欧拉,读读欧拉,他是我们所有人的老师!)

                      不信?你知道多面体的性质:
                      定点数+面数-棱数=2 是谁发现的吗?
                      牛顿一生算不出来的月球“跃动”问题,双目失明的欧拉心算几天就搞定了!
                      指数,三角函数,复数,自然对数的底数e,完全是在不同领域内单独定义的。本来各不相干,井水不犯河水,他们各自独立的发展了千百年。 可想而知,当欧拉写出这个公式的时候,当时的人们该有多么吃惊!

                      物理学家一直认为,万有引力,静电力,磁力在表达式上是如此的相似,以至于他们非常愿意相信这些场力本质上是一种力,于是有着寻找磁单极子的百年尝试,可惜一直缺乏有力的实验证据。
                      然而,欧拉发现的欧拉公式,实际上相当于把以前毫不相干的几个数学分支彻底的统一了起来,他在数学领域,实现了类似于物理学家们一直追求的梦想。
                      PS:
                      不过我并不建议你们读这几本书,大师的学术作品需要很深的功底才能接受,包括我,作为一个普通爱好者,只能粗浅的从这几本书中感受一下大师风范罢了。
                      这里面唯一有可能被初学者深刻理解的,就是《几何原本》了。不过如果你们想看数学书,我倒是可以推荐很多有趣的书给你。


                      IP属地:内蒙古18楼2013-06-03 02:17
                      收起回复