什么是“等冪和問題”?
現在請看兩組自然數,每組各有三個數,每個都是六位數字。把這兩組數分別相加,你會發現它們的和是完全相等的,即:123789+561945+642864=242868+323787+761943
這當然并不稀罕。可是,要知道它們各自的平方之和也是完全相等的,那就是說:
1237892+5619452+6428642=2428682+3237872+7619432
還有更奇妙的呢!我們把每個數的最左邊一個數字依次抹掉,發現竟然不能改變數組的性質,即有:23789k+61945k+42864k=42868k+23787k+61943k
3789k+1945k+2864k=2868k+3787k+1943k
… …
9k+5k+4k=8k+7k+3k(k=1,2)
這就像“金蟬脫殼”一樣,脫掉最后一層,金蟬卻還是貨真價實的金蟬,其個性可謂至死不變!
現在我們反其道而行之,把原來兩組數的數字逐個從右邊抹掉,發現經過如此的變動之后,這種“金蟬脫殼”性質居然還能保持下來,即有:
12378k+56194k+64286k=24286k+32378k+76194k
1237k+5619k+6428k=2428k+3237k+7619k
… …
1k+5k+6k=2k+3k+7k(k=1,2)
你說奇不奇,妙不妙?!
其實,上面所說的就是數論中著名的“等冪和問題”,由于等冪和數組往往具有“金蟬脫殼,至死不變”的性質,極具欣賞價值,所以一直吸引著人們去探尋更多的等冪和數組,那么,等冪和數組是怎樣構造出來的呢?我們還是從最簡單的情形談起。
為了敘述方便,我們把上述等冪和數組記為:
<123789,561945,642864/242868,323787,761943>(*)以下類同。
上述形式的一位數等冪和數組有:
<1,5,6/2,3,7> <2,6,4/4,2,6> <3,1,2/2,3,1>
<7,9,8/8,7,9> <8,4,6/6,8,4> <9,5,4/8,7,3>
我們注意到等冪和數組(*)中相同數位上的數字就是上述數組中的數。因此,如果能找到某種規律,我們就能從已知的等冪和數級出發,構造出新的等冪和數組。為此,我們把構成數組(*)的一位數數組列舉出來,并把其中的數從小到大排列,然后把對應的烽邊接起來,看看有無什么現象。
不難看出,等冪和數組(*)是上述六個等冪和數組的“對稱組合”——仔細看看,左邊與右邊的箭頭是不是相對稱?
一個很自然的問題是:把已知的若干等冪和數組中和數從小到大排列之后,進行對稱組合,能不能形成新的等冪和數組呢?經過大量實驗,我們發現結論是肯定的。大家可以試著組合一下。在此,我再向大家推薦另外一等冪和數組:
<193333,648787,854842/276466,482521,937975>
這組數經過上述方法對稱組合后,能構造出如下一些等冪和數組:
<158832,644743,893383/237925,486561,972476>
<257,342,796/134,588,673>
<3811,7666,8158/4932,5424,9279>
<25627,46873,94162/18946,63235,87481>
需要指出的是,參與構造新等冪和數組的數組也可以是恒等冪和數組,不過其中三個數應能構成等差數列。例如<3,5,7/3,5,7>就能參與構造。綜上所述,我們找到了一種構造等冪和數組的方法,從而也就不難理解等冪和數組為什么往往具有“金蟬脫殼”的性質了。
數論具有通俗性與最富有挑戰性這兩大特點,就是說,有些題目雖然說起來是人人都能聽懂,容易理解,可是它的證明過程卻是極其困難和復雜。正是這兩個特點,以其獨特的魅力吸引了眾多的數學愛好者,數論的問題就像磁鐵一樣,吸引了無數的數學愛好者為之貢獻自己的時間和精力,甚至是一生。只要你喜歡鉆研難題,就能從中體驗到無窮的樂趣。
|