也谈数学“黑洞”——关于卡普雷卡尔常数(1)
金弹子
(原创)
美国数学教授Michael W
Ecker在《数学“黑洞”》一文中对卡普雷卡尔常数(Kaprekar,s
constant)描述道:取任何一个4位数(4个数字均为同一个数字的例外),将组成该数的4个数字重新组合成可能的最大数和可能的最小数,再将两者的差求出来;对此差值重复同样的过程(例如:开始时取数8028,最大的重新组合数为8820,最小的为0288,二者的差8532。重复上述过程得出8532-2358=6174),最后总是达到卡普雷卡尔黑洞:6174。(见美国《新科学家》,1992,12,19,p38。中国《参考消息》,1993,3,14-17)
称之“黑洞”是指再继续运算,都重复这个数,“逃”不出去。
但是,4位数以外的其它位数的数有没有“黑洞”?如果有,它们之间有没有什么规律性?还有没有其它更多的内容?
《数学“黑洞”》没有说到。本文就是对这些进行讨论。
我在这里把以上计算得出卡普雷卡尔常数的过程简称运算,这个现象称归敛,其结果6174称归敛结果。以下讨论,限于自然数(正整数)。
一、 4位数以外的其它位(任意位)的数的归敛
举一些位数的数的运算结果如下:
例1-1
如卡氏常数所述,所有的4位数经运算都归敛到6174。
例1-2 所有7位数经运算都归敛到数组
8,429,652
7,619,733
8,439,552
7,509,843
9,529,641
8,719,722
8,649,432
7,519,743
例1—3
所有10位数经运算都归敛到以下2个数和5个数组:
2个数是: 1)
9,753,086,421
2) 6,333,176,664
5个数组是:
1)
8,655,264,432
6,431,088,654
8,732,087,622
2)
6,433,086,654
8,332,087,662
8,653,266,432
3)
8,765,264,322
6, 543,086, 544
9,751,088,421
4)
9,775,084,221
9,755,084,421
8,321,088,762
5)
8,633,086,632
8,633,266,632
6,433,266,654
4,332,087,666
8,533,176,642
7,533,086,643
8,433,086,652
此外:
一位数的归敛数是0(没有意义)。
二位数的归敛数是9,但已不是2位数。以后的讨论均不含它们。
三位数的归敛数是495,其特殊性后面述及。
通过运算知道,任意n位的数经运算后都能归敛到三类结果,可能是一个数(称归敛数),或是一个数组(称归敛组),或若干个数和数组兼而有之。少数归敛结果是唯一的,如3位数、4位数、7位数,其它则不是唯一的,但其个数是可以确定的有限个数。得到归敛结果以后,继续运算也是“逃”不出这些归敛结果的。任意n位的数各位数字相同时(各有9个),运算结果为0。可视0为它们的特殊归敛结果,这个归敛结果没有意义。这个结论是本文最重要的结论之一。
要计算任意n位数的归敛结果,理论上必须对该n位数的所有数进行运算,实际上不可能也没有必要。分析可知,只须少量运算即可得出。例如:
5位数不必运算9×104
个数(10的4次方),只须运算54个数。
10位数不必运算9×109
个数(10的9次方),只须运算2001个数。
17位数不必运算9×1016个数(10的16次方),只须运算48,049个数(或更少)。等等。
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