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03 完美的和不那么完美的数(第2页)

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因为我们没有办法随心所欲地构造素数,所以在任一时刻,都存在着一个最大的已知素数。

如今,这项桂冠总是落在一个梅森素数头上,这要归功于国际合作的互联网梅森素数大搜索项目(GreatIMersennePrimeSearch,GIMPS)。

这是一个始于1996年的志愿合作项目,它使用上千台并行工作的个人计算机,集成了一整套为此目的定制的算法来检验梅森数的素性。

当前的世界之最是在2008年8月宣布的,它是2p-1,p=43112609。

另外2009年4月又发现了一个新的p为42643801的梅森素数。

这些数有大约1300万位,用普通的十进制记法需要上千页纸才能写下来[2]。

不那么完美的数

传统上人们对数的认识往往集中在单个数上,这些数被认为有特殊的甚至是奇妙的性质,就比如说完美数。

不过,220和284是一对拥有类似特征的数。

它们是第一对相亲数[3](amicablepair),意思是每个数的真因数之和等于另一个——这是推广到数对的一种完美性。

法国著名的业余数学家皮埃尔·德·费马(PierredeFermat,1601——1665)找到了其他的相亲数,如17296和18416,而欧拉更是发现了好几十对。

出人意料的是,他们都漏掉了一对小的数,即1184和1210,这是由16岁的尼可罗·帕格尼尼(Niini)在1866年发现的。

当然,我们还可以走得比数对更远一些,去寻找完美的三元数组、四元数组等。

更长的循环比较罕见,但仍会出现。

我们可以从任何数出发,找到它的真因数之和,接着继续重复这一过程,从而得到所谓的真因数和数列(aliquotsequence)。

结果通常是令人失望的,因为我们一般会得到一条迅速抵达1的链,然后这个过程就终止了。

举例说,即便是从一个看起来很有希望的数开始,比如12,链条还是很短:

12→(1+2+3+4+6)=16→(1+2+4+8)=15

→(1+3+5)=9→(1+3)=4→(1+2)=3→1。

困难在于,一旦你碰上一个素数,就结束了。

完美数当然是例外,它们都会给我们一个循环,而相亲数则给我们一个双循环:220→284→220…。

能产生超过两个元素的循环的数叫作多亲数(soumber),相关研究直到20世纪才开始,因为那之前它们从没有被人发现过。

直至今天,还没有生成三元环的多亲数被找到,虽然现在已经知道了120个四元环数链。

最早的一些例子是由P.普莱(P.Poulet)在1918年找到的。

第一个是一个五元环数链:

12496→14288→15472

→14536→14264→12496。

普莱的第二个例子令人惊叹,时至今日还没发现其他能与之比肩的数链:从14316开始,我们得到一个长度为28的循环。

所有已知的其他数的循环长度均小于10。

到今天,关于相亲数和多亲数,还没有像欧几里得和欧拉关于完美数那样漂亮的定理。

不过,由于现代强大的计算能力,这类问题经历了一次由数值实验推动的复兴,人们也得出了一些新的结论。

根据一个数的真因数之和是小于、等于还是大于这个数本身,我们可以将所有数划分为三类:亏数(defiumber)、完美数(perfeumber)和盈数(abundantnumber)。

比如,就像我们已经看到的,12是一个盈数,18和24也是,因为它们的真因数之和分别为21和36。

在整数中进行初步的搜索,你可能由此猜测盈数也就是6的倍数而已。

当然,任何大于6的形如6n的数都是盈的,因为6n的因数一定包含1,2,3以及n,2n,3n,这些加起来大于原来的数6n。

但是,这一观察也可以被推广到不仅限于6的倍数,因为我们可以将同样的推理应用于任何完美数k。

nk的因数将含有1,以及完美数k的所有因数乘上n所得出的数,于是nk的所有真因数加起来至少会得1+nk。

所以,任何完美数的倍数都是盈的。

例如,28是完美的,因而2×28=56,3×28=84等都是盈的。

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