"回文"是指正讀反讀都能讀通的句子,它是古今中外都有的一種修辭方式和文字遊戲,如"我為人人,人人為我"等。在數學中也有這樣一類數字有這樣的特征,成為回文數(palindrome number)。
1. 回文數
一個自然數,如果從左向右看和從右向左看數字都一樣,換句話說,就是"數字排列左右對稱",就把它叫做"回文數"。比如121、5335、6084806都是回文數。當然,由同一個數字組成的數,如11,999也是回文數。回文數還要一個比較文藝的名字。巴克敏斯特·福樂在其著作《協同學》(Synergetics)中把回文數也叫做沙拉紮數(Scheherazade Numbers),沙拉紮是《一千零一夜》中那位講故事的王妃、即宰相的女兒的名字。
有人發現:如果給一個自然數,加上它的倒序數(就是把它的數字順序倒過來所組成的數),再對所得的和重複這個步驟,一般說來,經過有限次計算,就會得到一個回文數。
比如,84+48=132,132+231=363,363就是個回文數。
再比如,95+59=154,154+451=605,605+506=1111,1111就是個回文數。
有時候可能需要重複的步驟比較多一些。
比如,97+79=176,176+671=847,847+748=1595,1595+5951=7546,7546+6457=14003,14003+30041=44044,44044就是個回文數。
再比如,198+891=1089,1089+9801=10890,10890+09801=20691,20691+19602=40293,40293+39204=79497,79497就是個回文數。
人們對大量的自然數進行了這樣的計算,都得到了回文數。可是,偏偏有一個數很不一般,這個數就是196。讓我們試試看:
196+691=887,887+788=1675,1675+5761=7436,7436+6347=13783,13783+38731=52514,52514+41525=94039,94039+93049=187088,187088+880781=1067869,1067869+9687601=10755470,10755470+07455701=18211171,上述步驟重複進行了10次,還沒有結果,果然非同尋常。其實,早就有人用電腦把這個步驟重複進行了數十萬次,也沒有得到回文數,并且,也沒有發現循環的迹象,所以還無法判斷繼續進行下去,究竟能不能得到一個回文數。
196這個數不算大,看起來也沒有什麼特殊的地方,可是求回文數的方法,遇見它竟然不靈了。真應了那句俗話:大江大海都過了,卻在小河溝裡翻了船。要不怎麼會說,自然數是個充滿奧秘的世界呢!
思考問題:兩位數中隻有9個回文數,它們是11,22,33,44,55,66,77,88,99.三位數中的回文數,由前兩位數确定,共有9x10=90個,它們是111,121,131,…,212,222,…,989,999.四位數的回文數共有9x10=90個。
五位數的回文數會有幾個呢?聰明的小朋友用你學過的排列知識來算一算吧!
2. 回文數分類
回文數有兩種:同數回文數和對稱回文數,茲僅以對稱回文數作例。
對稱回文數:這一類的回文數都有對稱的特點,順讀倒讀數字次序不變,如:101、12321、32123等。此類回文數的形式多位數的乘法裡面的"鏡反數",又叫對稱數;有以下幾種。
第一種形式:以1組成的系列數,其将平方得到回文數,如:
11(平方)=121,
111(平方)=12321,
1111(平方)=1234321,
……………………
111111111(平方)=12345678987654321,
用立方也有類似情況:11(立方)=1331,111(立方)=1367631。
第二種形式:以9做被乘數,1089做乘數,得9801。得數是乘數的回文數。如果在中間填n個9,會得出n個得數是乘數的回文數。
9x1089=9801,
9x10989=98901,
9x109989=989901,
9x1099989=9899901,
…………………………
9x109999999989=989999999901
注意到了,上面的粗體數字和等号兩邊的粗體數字,他們是對稱的。
特殊地,回文素數:2, 3, 5, 7, 11, 101, 131, 151,181,191,…
回文完全平方數:0, 1, 4, 9, 121, 484, 676, 10201, 12321,…
既是素數又是回文數的數,比如11,101,757等等,除了11以外,其餘回文素數的位數都是奇數。雖然,數學家們相信回文素數有無窮多個,但這也是尚無法證明的猜想。人們借助電子計算機發現,在完全平方數、完全立方數和完全四次方數中的回文數,其比例要比一般自然數中回文數所占的比例大得多,如 121=11²,14641=121²,40804=202²,343=7³,1331=11³,1030301=101³,等都是回文數。
回文素數是否有無窮多個,也是個尚未解決的公開問題。根據在線整數序列百科全書OEIS編号A050251發布的最新結果,已經知道小于1023的回文素數個數有22170468927個。目前已知的最大回文素數是2014年11月發現的10474500 999 · 10237249 1,這是一個474501位數。
Clifford A. Pickover發現了回文素數1000000000000066600000000000001,中間三個數字是666,兩邊各有13個0。在英美文化中,666被認為是野獸數,13代表黴運,這個數有31位,又是13的倒寫。于是Pickover稱這個回文素數為貝爾菲戈爾素數(Belphegor's prime),貝爾菲戈爾是傳說中的惡魔。
在數量衆多的回文素數中隐藏着一些有趣的數。G. L. Honaker, Jr.構造出一個金字塔形式的回文素數列表:
思考問題:
(1).任取一個正整數,與它的倒序數相加,若其和不是回文數,再與其倒序數相加,重複這一步驟,一直到獲得回文數為止。例如:68 ,
68 86=154
154 451=605,
605 506=1111,
于是有數學家提出一個猜想:不論開始采用什麼整數,在經過有限次倒序相加步驟後,都會得到一個回文數。至今還不知道這個猜想是對還是錯的。
(2).有一些自然數,從左向右讀與從右向左讀是完全一樣的,我們将這樣的數稱作“回文數”。比如2332,181,77都是回文數。有些六位回文數除以95的商也是回文數,符合要求的六位數有幾個,分别是多少?
3. 特殊的回文數--橄榄數
12345678987654321這個數有這樣一個特點,各數位上的數字從左到右逐漸增大(由1到9,是連續自然數)到蹭數9時,達到頂峰,以後又逐漸減小(由9到1),它活像一隻橄榄,我們姑且稱它為橄榄數(是一種特殊的回文數)。有趣的是它還是一個完全平方數呢?你知道它是哪個數的平方嗎(學過開方的同學,也希望你根據這個數的特點,分析出這個數來)?
12345654321也是一個橄榄數,它是哪個數的平方呢?告訴你這個數還能被3、7、11、13、37整除呢?
解:因為1=1,2=1+1,3=1+1+1,4=1+1+1+1,5=1+1+1+1+1,6=1+1+1+1+1+1,7=1+1+1+1+1+1+1,8=1+1+1+1+1+1+1+1,9=1+1+1+1+1+1+1+1+1。
所以12345678987654321可以分成下面九項的和,即:
寫成上面形式後,大家可能不再感到陌生了,它是111111111×111111111
直式計算的一部分,所以12345678987654321=1111111112。
同樣可以求出:121=112,12321=1112,1234321=11112,123454321=111112,
12345654321=1111112,1234567654321=11111112,123456787654321=111111112。
從上面各橄榄數中,可以發現橄榄數中間的哪個數與和它相等的兩次幂中底數的1的個數相等,即:
(其中n=1,2,…,9)。由于12345654321=1111112,而111111能被3,7,11,13,37整除,所以12345654321也能被3,7,11,13,37整除,并且有12345654321=32×72×112×132×372。
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