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n數學中代表什么意思(數學星號代表什么意思)

  • 生活
  • 2023-04-19 12:51

續接上一篇,請點這里上部鏈接。

8.數字73

如果你是美劇《生活大爆炸》迷的話,就一定聽說過謝耳朵關于為什么73是完美數的演說,以下是原話:

“73是最好的數字。為什么呢?73是第21個質數,它的對稱數字37恰是第12個質數,而12的對稱21則是由3×7產生。

“73的二進制1001001也恰是個回文數,正過來倒過去都是1001001。”

這句話取自第十季第四集的節目,巧合的是這是第73集中的臺詞。

7.自然對數函數的底數e

自然對數函數的底數e,又稱歐拉數。這個以瑞士數學家萊昂哈德·歐拉命名的無理數與π同樣重要。有趣的是,歐拉常數e已經被精確到31415926535897位(2020年12月5日記錄)。

e的誕生來自于下面17世紀雅各布·伯努利在研究復利時所發現的公式:

對于上面式子考慮的極限值e到底是多少呢?伯努利并未成功算出,而是由50年后被歐拉攻破。歐拉不僅算出了e的18位數,并且還借助連分式的形式證明了e是一個無理數。

e的連分數展開式如下所示,請觀察里面的規律:

注意到其中的模式了嗎:

很多增長過程的問題都可以用指數函數e^x來模擬,并且這里還有個很重要的性質——它與自身的導數恒等。

就這個性質下面是一個相關的數學小幽默圖片:

6.斐波納契數

提到歷史上比薩的列奧納多這位人物,或許很多人都不曉得,不過如要說起他的外號就是斐波那契,那多數人肯定聽說過。而排名第六位的斐波那契數也因這位數學家的外號而聞名世界。

1202年,斐波那契在所著《計算之書》研究了兔子繁衍成長率的問題,他用簡單的加法技巧創造了世界上最有趣的數列之一。順便說下,他還將現代數的書寫方式和位值表示法通過著書引入歐洲,這絕對也是非常重要的貢獻了。

公平地講,現在有證據表明早在6世紀印度數學家在斐波那契之前就知道這個數列,但我們仍然按照主流說法討論,繼續稱之為斐波那契數列吧。

斐波那契數簡單地由滿足下面這個簡單的遞歸方程構成,并生成下面這個趨于無窮大的數列:

這個數列最美的地方在于它與自然界存在著緊密的聯系。舉個例子,人們可以在向日葵花盤能看到它的身影,也可以在雛菊花瓣觀察到它的蹤跡,以及小蜜蜂的筑巢,等等等等……,它似乎大自然最深處的秘密里處處隱現。

如果來觀察數列中相鄰的2個數,當趨近無窮時,它們的比值(x_n/x_(n-1))會越來越接近1.61803398,也就是我們常說的黃金比例,我們會在后面再單獨討論這個美麗的數。

5.數字23

許多人都看過這樣的一部電影:金?凱瑞主演的《靈數23》。男主自從讀過一本帶有數字23的書,他似乎就被數字23纏上了。奇怪的是這個數字和他生活中很多事情似乎有神秘聯系,影片中這個數字這似乎是通靈的完美例子。

而在數學里,有個與一般直覺相抵的生日問題。它指的是只要有23人,這群人里有兩人同一天生日的機率就會大于50%。

如果有懷疑的話,不妨動手來一起算下。求出至少兩人生日相同,重點在于算出每個人生日都不同的概率。

其中p'(n)就表示n個人中,每個人的生日日期都不同的概率。

計算可得,當n=23發生的概率大約是0.507。順便提一下,如果總共有70個人概率就會高達99%。

4.Pi(π)與Tau(τ)

數學中最耀眼的明星陣營里必有圓周率的身影,人人都認識這個數。它是圓的周長與直徑之比,如果畫一個直徑為1的圓,它的周長就等于3.14159…。人們把這個無限不循環小數用字母π表示。

暫時不管這個中學時期的概念,先來看看下面這兩個有關π的事實:

它的小數部分是無限不循環的。我們都知道π的近似值是22/7,但我們沒法給出一個分數精準的描述π,因為它是一個無理數。

那么為什么還要提τ呢?τ被稱為圓常數,其值為圓的周長與半徑之比。一些數學家支持用τ來代替2π,也就圓的周長與半徑之比。因為很多問題中2π頻頻出現,這樣做能更便于計算和表達跟圓有關的問題。

3.歐拉恒等式

這就是為什么我在標題中用了"美"這個詞。難以想象,數學中一些最美麗的概念,竟然有這么簡潔的形式。先來回顧一下之前提到的的概念:

自然對數函數的底數e。虛數單位i。圓周率π

上面這三個數就可以組合成下面這個方程,并得出-1這個簡單結果。

怎么從這三個數學常數得到-1的呢?正如前面介紹那樣是i擁有了把2變成-1的力量。歐拉恒等式是歐拉公式的一種特殊形式,后者如下所示:

把歐拉公式繪制到復平面上(以實數軸和虛數軸建立坐標系),就會得到一個單位圓。

如果令x=π,我們就會得到如下方程:

了解到cosπ=-1以及sinπ=0,右邊就會出現-1:

還可以通過等價變換來讓方程變得更漂亮一點:

這樣就更加深刻,包含了數學中5個最重要的數學常數:0、1、e、π和i。并且包含了三種最基本的算術運算:加法、乘法和冪運算。絕對令人驚訝的是,這些看似無關的數都被這個簡潔的公式聯系起來。

2.數6174

6174是卡布列克常數(以印度數學家D.R.Kaprekar命名),又稱黑洞數。這個數有很有趣的特點,一個四位數如果按下面的方式反復計算,就會得到很神奇的結果。

取任意一個至少有2位數不同的四位數。分別把這個四位數按升序和降序的方式重新排列,會得到兩個新的兩位數。現在用這兩個數中大數減小數。如果不等6174,重復第二步。

如果循環的次數足夠多,最終會得到6174。為什么無論選什么數字,都會得到6174,這就是神奇之處了。可以另外再看幾個示例,先用2714做個實驗算下看看吧:

7421-1247=6174

換個數字,再拿3678試一試:

8763-3678=5085;8550-0558=7992;9972-2799=7173;7731-1377=6354;6543-3456=3087;8730-0378=8352;8532-2358=6174

這些數就像被吸入到黑洞里某個固定點中,故像6174這樣的數也被稱為黑洞數。而其他位數的數字也有類似的情況,比如9位數中有2個黑洞數:554999445和864197532,感興趣的朋友可以算下。

6174還屬于哈沙德數(Harshadnumber),也被稱為尼云數,是指能夠被其各個數位上的數字之和整除的自然數:例如6174/(6+1+7+4)=6174/18=343。這就又為該數添了一筆神秘色彩。

1.黃金比例

之前提及過這個黃金比例,但這可能是世界上最為重要的比例,以下是它的一些有趣的特性:

1.618…與0.618…互為倒數,也就是1.618…的倒數是0.618…,0.618…的倒數是1.618…,人們稱兩者為黃金比例共軛。可以有這個式子表示出來:1/?≈1+?它在自然界中廣泛存在(就像前面提到的那樣)。有些樹的生長就是很好的例子,樹干先是自由向上生長,長著長著它就擁有了一個分叉,于是產生了2個新的起點,其中一個起點會長出2個是新的分叉起點,而另一個則不會。這個模式這個規律就好像是斐波那契數列一樣。黃金比例廣泛存在于幾何學中,許多建筑和藝術品中都含有黃金比例。希臘的巴特農神廟就是典型的例子。五角星內部也暗含著黃金比例。

上面就是所介紹數學上12個有趣之數,希望通過本文這一簡短的探索之旅,能讓對面的你能像數學家一樣欣賞數學之美,或能從一個新的視角來觀察周圍的環境并找到隱藏的美麗。

創組團隊|編譯:小白校對:小白,公理

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