登陆注册
14740900000025

第25章 奇妙的数学问题(1)

数字中的周期现象周期现象是普遍存在的。如果你注意一下,就可以发现,数字中也存在着形形色色的周期现象。

例如,自然数经过5次乘方之后,其末位数会出现“重现”或“回归”:2的5次方是32,其末位仍然是2;3的5次方是243,其末位仍然是3;7的5次方,我们即使不算出其结果,也可以肯定它的末位必定还是7;等等。

观察一下从1至9的平方的末位数,可以发现它们组成了一个回文序列:1,4,9,6,5,6,9,4,1。10的平方100末位是0,而此后各数的平方的末位数又是1,4,9,6,5,6,9,4,1。整个自然数的平方的末位数,始终在那儿兜圈子,循环反复,以至无穷。而这些反复出现的周期,中间是以0来分界的。

人们还发现,一切平方数的根数只能是1,4,7,9这四个数字,不可能是其他数字。这里所称的“根数”,就是把一个正整数的各位数字统统相加起来,求出其和数,如果这个和数比9大,就一直减去9的整倍数,直至余数小于或等于9为止。例如,135的根数是9,246的根数是3,等等。

利用上述知识,有时很容易判别一个数究竟是不是平方数。譬如说,98765432123456789是不是一个平方数?我们不妨查一下它的根数,是8,而不是1,4,7,9中的一个,于是就可以肯定它不是一个完全平方数。

一切平方数的根数不仅具有如上的特性,而且当完全平方数依序递增时,其根数也是以1,4,9,7,7,9,4,1的回文序列反复出现的。不过,这一次是以9,而不是用0来作为各个周期的分界。下面举些实例来说明:

100(10的平方)的根数为1;

121(11的平方)的根数为4;

144(12的平方)的根数为9;

169(13的平方)的根数为7;

196(14的平方)的根数为7;

225(15的平方)的根数为9;

256(16的平方)的根数为4;

289(17的平方)的根数为1;

324(18的平方)的根数为9;——周期的分界标志361(19的平方)的根数为1;——下一周期的开始……平方数的这些性质,不仅有趣,而且有很大的实用价值。灵活运用这些性质,我们就可掌握许多速算的窍门。

数字趣谈——奇妙的9

将循环小数化成分数,是解决有关循环小数的基本方法。怎样才能将循环小数化成分数呢?这要请我们的老朋友——9来帮助解决问题。我们知道,在数列计算中,有一个无穷等比数列的求和公式:s=a1-q。其中a是这个数列的第一项,q是公比。下面要用这个公式来研究化循环小数为分数的方法。先观察下面两个循环小数0.6666……=0.6,0.242424……=0.24。它们都是从小数点后的第一位开始循环的,叫做纯循环小数。为了便于计算,先将它们写成分数的和的形式:

0.6666……=0.6+0.06+0.006+……

=610+6100+61000+6/10000+……

0.242424……=0.24+0.0024+0.000024+……=24100+2410000+241000000+……这就变成了无穷递宿等比数列的形式。0.6666……的公比是110,而0.242424……的公比是1100。根据求和公式得:

0.66……=6101-110=610-1=69,0.2424……=241001-1100=24100-1=2499。

由此可以看出,要把纯循环小数化为分数,只要把一个循环节的数学化为分子,让分母由9组成,循环节有几位数字,分母是几个9就行了。例如:

0.4444……=0.4=49

0.5656……=0.56=5999,

0.31233123……=0.3123=31239999=3471111。

下面再来看看以下两个循环小数:

0.2888……=0.28,0.3545454……=0.354它们都不是从小数点后的第一位开始循环的,这叫混循环小数。用分数的和可表示为:

0.28888……210+810+81000+810000+……

0.35454……=310+541000+54100000+……

这种和的形式,从第二项起,构成了一个分别以110,1100为公比的无穷递缩等比数列。由求和公式得:

0.2888……=210+81001-1〖〗10=210+8100-10=210+890=2×9+890=2690=1345。

0.35454……=310+5410001-1100=310+541000-10=310+54990=3×99+54900=351990=39110。

由此可以看出:把混循环小数化为分数,先去掉小数点,再用第二个循环节以前的数字减去不循环部分的数字,将得到的差作为分子;分母由9和0组成,9的个数等于一个循环节的位数,9的后面写0,0的个数等于不循环部分的位数。例如:

0.27777……=0.27=27-290=2590=518,

0.31252525……=0.3125=3125-319900=15474950。

数学的变化虽是无穷的,在研究了大量的现象或大量的例题后,应学会从特殊的问题中,要善于总结出一般规律的思考方法。这种由特殊情况归纳出一般情况的方法称为经验归纳法。

含义丰富的0

数学老师问学生一个问题:“某电脑商店一周前有某型号电脑20台,一周内售出20台而没有进货,现在该店还有几台这种型号的电脑?”学生们一般都会很快地回答:20台-20台=0台。这里,我们对0有了认识,给0下了个定义,就是:“0表示没有。”

通常0是表示没有,但是,它的意义是不是仅表示没有呢?它除了表示没有以外,还表示什么呢?

在日常生活中,天气冷热经常变化,一般冬天气温大约在0摄氏度左右。0摄氏度是不是表示没有温度呢?当然不是。如果0摄氏度表示没有温度,那么,0华氏度也表示没有温度吗?0华氏度就是0下1779摄氏度。我们知道,0摄氏度的温度比0下1779摄氏度的温度高,0摄氏度的气温比0下1779摄氏度的气温暖,不能说它没有温度,这样矛盾的事情怎样解决呢?

0本身充满着矛盾。拿0的作用来讲,因为任何多个0相加,它们的和还是0,岂不是很渺小吗?但是我们也可以说0的影响很大,如果有许多个因数相乘,其中只要有一个因数是0,它们的积就是0,你看这个0的影响不是很大吗?这样矛盾的事情在数学上的例子是不少的,要解决这样的矛盾问题,必须知道数学上的概念是相对的,不是不变的。对小学生来说,0是表示没有。但对中学生来说,0可以表示起始。在数学运算中,0还扮演着一个很重要的角色呢。在电子计算机里,0的作用就更大了,因为电子计算机采用0与1这两个基本数码的二进位制,任何数码都由这两个基本数码组成。

备受尊敬的7

在我们的生活中,有许多与7有关的事和物。

一个星期有7天;人头上的眼睛、耳朵、鼻孔、嘴共有7个孔;一个成年人的身高等于他本人7个头高;我国的传统玩具7巧板,用7块图形可以拼搭出变化无穷的图案;太阳光的光色由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种色构成,给予了大自然千变万化的色彩;音乐家用do、re、mi、fa、so、la、si7个音,弹奏出无数美妙的乐曲;我国传说中的牛郎和织女,每逢7月初7相会,人们把这天叫做“7夕”……10个数字中,为什么“7”会受到人们这样的器重呢?

人们对数的认识是逐步发展的,最初,古人只认识1和2,3就被认为是“多”的意思,俗话说“三思而后行”,是指做任何事情必须多想想,而不是说只想3次。

后来人们又认识了一些数,如一只手就表示5,“7”这个数在有些地方就用来表示“多”了。

埃及发现的莱茵特纸草卷上记载着这样一道题:有7个老妇人,每个人有7只猫,每只猫吃7只鼠,每只鼠吃7穗麦,每穗麦出7颗麦粒,问人、猫、鼠、麦穗、麦粒各有多少?

答案是:7个人,49只猫,343只鼠,2401穗麦,16807颗麦粒。由7开始计算得到的这些数,对古代人来说确实是一个不小的数。

我国西南部的少数民族土族的妇女,衣袖上镶着7道彩色的锦边:红、橙、蓝、白、黄、绿、黑,以此来表示世上的万物,把它镶在衣袖上的意思是万物要靠勤劳的双手去创造。

7被看作“多”的化身,还因为古人把“7”敬拜为“神数”。

最初,人们把天空中3颗会“走”的星球:太阳(太阳是恒星,古代由于科学不发达,误认为太阳绕地球转)、月亮、金星看作“神灵”,后来又发现木星、火星、水星、土星也会“走”,这样就有7颗星球被看作是有“神灵”的。于是7被看作是“神数”。

人们在观察星空时,还发现,月亮除了一两天看不见外,其余28天,从月牙到月半,从月半到月圆,再到月半、月牙,正好把28天分成了4个7天,这又和受尊敬的“7颗”星球相配,于是人们就把这样的7天称为是星的日期,即7天为一个“星期”,直到现在有的国家还把一个星期中的7天称为月亮天、火星天、水星天、木星天、金星天、土星天和太阳天。

就这样,7成了一个受尊敬的数。

数学黑洞

在古希腊神话中,科林斯国王西西弗斯被罚将一块巨石推到一座山上,但是无论他怎么努力,这块巨石总是在到达山顶之前不可避免地滚下来,于是他只好重新再推,永无休止。著名的西西弗斯串就是根据这个故事而得名的。

什么是西西弗斯串呢?也就是任取一个数,例如35962,数出这个数中的偶数个数、奇数个数、及所有数字的个数,就可得到2(2个偶数)、3(3个奇数)、5(总共五位数),用这三个数组成下一个数字串235。对235重复上述程序,就会得到1,2,3,将数串123再重复进行,仍得123。对这个程序和数的“宇宙”,123就是一个数学黑洞。

是否每一个数最后都能得到123呢?用一个大数试试看。例如:8888887777444992222,在这个数中偶数、奇数、全部数字个数分别为11、9、20,将这三个数合起来得到11920,对11920这个数串重复这个程序得到235,再重复这个程序得到123,于是便进入“黑洞”了。

这就是数学黑洞“西西弗斯串”。同学们努力学习,去探索、发现其中的奥秘吧!

费马大定理和费马小定理

如果三个正整数分别是某个直角三角形的三条边长,这样的三个正数就叫做勾股数。一般地说,勾股数就是不定方程X2+Y2=Z2的每一组正整数解。

在公元前1900—1600年的巴比伦泥块中,记载了一些如(119,120,169),(3367,3456,4825),(12709,13500,18541)这样一些数值很大的勾股数,说明当时已经有人开始探求勾股数的公式。

欧几里得在《几何原本》中第一次给出了求勾股数的公式。中国的《九章算术》则最先给出了它的现代形式:

设(z+x)∶y=m∶n(m>;n>;0),则

x∶y∶z=m2-n22∶mnm2+n22

显然利用公式可以给出不定方程x2+y2=z2的无限多级解。然而这个结果自然会引出这样的一个话题,在公式x2+y2=z2中,若未知数的次数比2还大,还有没有正整数解呢?

大约在1637年,费马经过认真总结研究,证明出一个立方数不可能表示为两个方立方数之和,一四次方数也不可能表示两个四次方数之和。一般说来,当正整数n>;2时,不定方程xn+yn+zn没有正整数解,这就是人们常说的费马大定理。可是,人们一直没有发现费马的证明,这就激起了许多数学家对这个问题的兴趣。

欧拉证明了n=3或4的情形,即方程x3+y3=z3与x4+y4=z4没有不为零的正整数解。

19世纪数学家勒让德和狄里赫勒同时证明了n=5的情况。之后数学家拉梅又证明了n=7的情况。

为了得到费马大定理的普遍证明,1908年德国哥廷根科学院悬赏10万马克,向全世界征求解答,限期100年,吸引得某些商人也加入了研究行列。但由于费马大定理不可能有初等证明,因而那些连初等数论的基本常识都不熟悉的人,对此只能“望洋兴叹”了。

为什么叫“费马大定理”而不叫“费马定理”呢?那是因为费马在1640年还发现过一个定理。

如果p是质数,并且a与p互质,那么数ap-a一定能被p整除。这是初等数论中的一个重要定理,但证明的难度及影响远不如“费马大定理”,因此,后人把它称做“费马小定理”。

跷跷板与不等式

游乐场里的跷跷板,大个儿总是沉沉地压向一端,而小个儿总是被抬到高处,这与数学里的不等式是多么相像!

楞儿游泳班的8个孩子,这时也在游乐场里玩跷跷板。他们之中,有5个女孩子,3个男孩子。女孩子的体重都是25公斤,男孩子的体重都是30公斤。

同类推荐
  • 外星人的惊天秘密:打开《山海经》说外星人

    外星人的惊天秘密:打开《山海经》说外星人

    《山海经》中关于中华之地理、矿产等记载,从何而来?何以如此精准详尽?是古人拥有什么先进探测设备,还是有“天人”相助?女娲、王母这些我们耳熟能详的人物到底是神话传说还是外星来客?本书作者按图索骥,为您还原“外星事件”,以大胆的猜想和认真的推理得出了一个让人大吃一惊的观点——外星人曾造访地球,人类是外星人反复试验造出的新物种……看看《山海经》中的这些插图吧,那些诡异、神秘、荒谬的生物背后都隐藏着未知的真相。请跟随作者一起回到那个荒蛮的时代,共同揭开外星人的惊天秘密……
  • 生活的科学

    生活的科学

    科学早已渗入我们的日常生活,并无时不刻的影响和改变我们的生活,我们渴望我们的生活更加幸福、更加快乐……生活中处处有科学,科学魅力无处不在。本书分居住的科学、交通的科学、饮食的科学、穿着的科学、生活中的高新技术五部分内容。
  • 宇宙的起源

    宇宙的起源

    在恒星之间茫茫的黑夜里,存在着气体云、尘埃和有机质。通过射电望远镜,我们发现那里有数十种不同的有机分子,这些分子的大量存在,表明生物无所不在。生命的起源和进化很可能是宇宙的必然规律,只是时间迟早不同而已。在银河系的几十亿个行星当中,有些行星可能永远也不会产生生命,有些行星可能有生命的兴亡,或者只是停留在生命的最简单形式而已,但是在一小部分的星球上可能有比我们人类更高级的智慧和文明。
  • 保护我们共生的故土(科普知识大博览)

    保护我们共生的故土(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
  • 21世纪不是梦

    21世纪不是梦

    本书内容包括:我们的地球;时光之箭;世纪末的宣言;中国21世纪议程;大国;土地,发展的基础;倾听大地;话说五谷杂粮;流水,发展的源泉等。
热门推荐
  • 双陆

    双陆

    终有一天,我卡洛斯要让哈里兰恢复萨利姆之名,骄傲地称自己为太阳神之子;终有一天,我卡洛斯要诺亚人为他们的行为付出代价,让曾为奴的儿郎重新挺起胸膛;终有一天,我卡洛斯要打通辉煌航程,获得无尽财富重获哈里兰的荣光;终有一天,我卡洛斯要寻找到重回原大陆的方法,占领那阳光最充足的地方……这样的我,你们可愿追随?
  • 等一人天荒地老

    等一人天荒地老

    那年赴京赶考的他遭遇变故.邂逅了世间最美的女子宰相女儿秋雪.跌落山崖的他失去了记忆得到了创弑神的神笔,画出了梦里的女子,女子从画中走了出来。从次人世间有了两个一模一样的女子。他们.互生情意.约定好等走出忘忧谷考上状元娶她为妻.出去后的他被仙人抹去了记忆.无法记得从画里走出的女子红嫣.出去后的他遇上了秋雪.她一等他,考上状元的他却要娶秋雪..............
  • 热血教师

    热血教师

    叶白一次偶然穿越,成了奉承高中高三六班的班主任。管理调皮捣蛋的学生,调戏可爱的学妹便成了他生活中不可缺少的乐趣。可是他总是想关于身上妖艳的莲花纹身,不计其数的伤痕,当他渐渐恢复记忆.一段黑暗的江湖恩怨渐渐浮现出来
  • 制霸老公,请放手

    制霸老公,请放手

    她为了保住父亲生前的心血,被迫和他分手。从此他们形同陌路却又日日相见。他和别人相亲高调喊话,让众人关注。“相亲就相亲,我不在乎,我不在乎,我不在乎!”她无动于衷。正式订婚时她却意外出现,包中藏刀。“你敢和别人结婚,我就敢死在当场。”“张兮兮,是不是我把手里的股份给你,你就会和我睡。”他邪魅的问道。“你就不能把股份分几次给我,多睡几次!”捂脸~~
  • 煞女无敌:完美脱变

    煞女无敌:完美脱变

    当废柴变天才,丑女变美女时……当然不可能,原因只有一个,穿越!现代黄金级杀手巫师师意外穿越到超级废材明天雪身上时会发生什么事情呢?被强jian,穿越来的头一天就被强了,然后有那么巧的中奖了,于是,小包子诞生了。某天某宝问某男:“听说你是我爸比?”某男:“恩。”某宝:“妈咪说我爸比是头猪。”某男:“那你妈咪和猪滚床单后才有了你。”本文女强男更强,无小三,无误会,甜蜜宠文,女主神经大条萌萌哒。男主冷酷霸气会卖萌。作者笔名:夜筱
  • SA优等部

    SA优等部

    S.A优特部七位世界顶尖人物,同聚S.A优等部,同为优等生,在超级精英及有钱人入读的樱兰学园高校中,将学生们按照学习成绩分别编入A~F班。而一年级到三年级中,有一个最优秀的班级——specialA班,通称“S·A”的精英中的精英的班级。而S·A班仅仅只有七名学生,他们也是学园中众人的憧憬。该班级受到特别的优待,在被称为校园内的乐园的别馆过着优雅的日子。因此也受到个别人嫉妒的目光。女主角的她倾国倾城,她貌美如花,她腹黑可爱,她是富豪千金,她受过家庭破产,她过过人间疾苦...她是安希希...男主角的他吻国吻城,他英俊潇洒,他腹黑傲娇,他是王子殿下,他受过地狱锻炼,他过过世间痛苦...他是京圣尉...自从相遇到京圣尉,本身在学院永远得第一的安希希,瞬间败为第二位~不服气的安希希怎样打到咱们的傲娇小尉尉呢?它们又会有怎样的恋爱故事,会遇到那些困难呢......尽请期待吧= ̄ω ̄=
  • 冷血阎罗:恶魔的致命情人

    冷血阎罗:恶魔的致命情人

    紫心璃,一名美丽到极致,冷的像冰魄,身怀绝技的杀手。在所有人眼中她是他的贴身保镖,另一个身份却是他的地下情人,一个不为人知的地下情人……雷熙曜,阎罗门少主,冷心魔君,“帝国财阀”雷氏的总裁,更是全球首屈一指的商业首领。为了惩罚她,他竟然把她想送给他的死对手修罗门的少主夜朔。从那刻起,她心死了,不再会流血。然而,即便死了,他会放过她吗?
  • 趣味真相预测(侦探趣味推理故事)

    趣味真相预测(侦探趣味推理故事)

    探案故事的模式由4部分构成:一是神秘的环境。二是严密的情节,包括介绍侦探、列出犯罪事实及犯罪线索、调查、宣布案件侦破、解释破案和结局。三是人物和人物间关系。主要有4类人物:①受害者;②罪犯;③侦探;④侦探的朋友,牵涉进罪案的好人。四是特定的故事背景。
  • 草莫见花莫见草

    草莫见花莫见草

    她说:我不信世间会有永恒的爱情、不相信等待的最终你会出现,只想把心放逐于蓝天的自由,高翔而去。他说:我会让你相信但彼岸花开不见叶,世事难全,原来缘浅爱着你却只能望着你她说:我信却不再有人回答······
  • 都市鬼皇

    都市鬼皇

    是宿命还是巧合?林一发现自己的右手发生蜕变的时候,他的家中突然也发生着剧变,父母的相继离去,妹妹被抓。这当中又有什么样的阴谋诡计?林一凭借一双鬼手纵横灵界,闯荡都市,最终又将情归何处?