2024年第38周啊哈数:8和9

文摘   2024-09-16 16:00   山西  

晚上好!2024年的第38周!
本周的啊哈数是:𝟖和𝟗。

你没看错,这周的啊哈数有两个。因为我们这周的主题是“成双成对”,所以这周我们准备的内容全是“成对”出现的。

数世界的好朋友


我们一生中会结交各种各样的朋友,通过家庭关系相识的人叫“亲戚”,通过一起学习认识的朋友叫“同学”,通过一起工作认识的朋友叫“同事”……

和我们一样,正整数之间也存在各种各样的关系。如果两个数彼此的真因数之和互为对方就可以算它们是一对好朋友,那么正整数世界里会有大量好朋友,很可能有无数多对好朋友。如果相差为2的质数就可以算是一对好朋友,那么正整数世界里也会有大量好朋友,也很可能有无数多对好朋友。可如果只有相差为1的乘方数算是一对好朋友,那么……这个世界里只会有唯一的一对好朋友:𝟖和𝟗。

亲和数


我们刚刚说的“真因数”是什么呢?一个数的真因数,指的是除它自己以外所有的因数。比如,220的所有真因数是1, 2, 4, 5, 10, 11, 20, 22, 44, 55, 110,它们加起来等于284。那284呢?它所有的真因数是1, 2, 4, 71, 142,它们加起来刚好又等于220。

这两个数很有缘分嘛!有没有点天生一对、命中注定的感觉?数学家也有同感,所以数学中还真给这样的数对起了名字,就叫“亲和数”(amicable numbers)。互为亲和数的数字对还有很多,比如1184和1210,再比如66928和66992。虽然我们已经找到了很多对亲和数,可目前还没有一种生成亲和数的万能公式,对亲和数的分布情况也了解甚少。我们甚至不知道,亲和数是否有无数多对。

孪生质数


数论是研究整数性质的一个数学分支。就像上面亲和数的例子,数论中还有很多未解之谜,说出来都是这么一句话:目前还不知道满足某种要求的例子是不是有无数多个。著名的孪生质数猜想(twin prime conjecture)也是如此。

我们已经知道,除了2和3以外,两个相邻的正整数不可能都是质数,因为相邻的两个正整数一定会包含一个偶数。但是,两个相邻的奇数是有可能都是质数的。例如,3和5都是质数,41和43都是质数,32411和32413都是质数。这样的一对质数就叫作“孪生质数”(twin prime)。

虽然质数越往后越稀疏,但孪生质数似乎一直都有。孪生质数真的有无数多对吗?这就是孪生质数猜想的内容。2013年,美籍华裔数学家张益唐在孪生质数猜想方面做出了突破性的贡献,他的研究成果表明,孪生质数猜想很可能是正确的。不过,孪生质数猜想本身仍未解决。

怎么搞的,数论里难道都是未解之谜吗!当然不是啦,下面这个有意思的猜想就翻身成功了,咱们一起来看一看。

卡特兰猜想


下面这个数列有什么特点,你能看出来吗?

4, 8, 9, 16, 16, 25, 27, 32, 36, 49, 64, 64, 64, 81, 81, 100, … 

不难看出,它们都是某个正整数的n次方,其中n是大于1的正整数。我们姑且管这样的数叫作乘方数。在所有这些数中,只有8和9是相邻的,其余的都不相邻。

1844年,比利时数学家欧仁·卡特兰(Eugène Catalan)提出了卡特兰猜想(Catalan's conjecture):8和9是唯一的一对相邻的乘方数。看起来这么一个简单的问题,竟然直到2002年才被罗马尼亚数学家普雷达·米哈伊列斯库(Preda Mihăilescu)解决——卡特兰猜想是正确的。

所以,8和9成为了数世界独特的一对朋友,找遍全世界也找不到和他们关系一样的一对数字啦!

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