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也谈数学“黑洞”——关于卡普雷卡尔常数(1) (原创)

(2007-06-12 16:49:48)
分类: 科技,其它
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, 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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