42,一点都不乏味

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42,一点都不乏味
好吧,这早已不是秘密了。
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我在前言里曾说过,这个数在道格拉斯·亚当斯的《银河系搭车客指南》里很重要,它是“关于生命、宇宙以及一切之终极问题”的答案。这 一发现马上产生了一个新问题:什么才是真正的关于生命、宇宙和所有一切之终极问题?亚当斯说,他选择这个数是因为,他快速地问了一圈朋友们,大家都认为是最乏味的。
在此,我想保护不受这样的诽谤。就数学意义而言,毫无疑问无法和、 ,甚至是相提并论。然而,它也并不是完全无趣的。是普洛尼克数、卡塔兰数,也是最小的魔方幻方常数。当然,它还有一些其他特点。
▌普洛尼克数
所谓普洛尼克数(也叫长方形数、矩形数或 heteromecic 数)是指两个连续整数的积,因此它的形式是。当时,我们可以得到。由于第个三角形数是
,所以普洛尼克数是三角形数的倍。它还是前个偶数之和。数量是普洛尼克数的点可以排列成一个矩形,这种矩形的一条边比另一条边大(图 171)。
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图 171 前 6 个普洛尼克数。阴影部分表示它们为什么是三角形数的 2 倍
这里有一个关于高斯的故事,在他还很年轻的时候,被老师要求完成一个一般形式的问题
很快发现,如果相同的和式以递减的顺序写出来,即
其相应的数对之和都等于 。因为有对这样的数对,所以它们的总和为,这是一个普洛尼克数。老师提出的问题的答案是这个数的一半,即。然而,我们实际上并不知道高斯的老师在课上提出的问题到底是什么,它有可能更难。如果是这样的话,那么高斯就更聪明了。
▌第个卡塔兰数
卡塔兰数出现在许多不同的组合问题里,所谓组合问题是指对各种数学任务的完成方法进行计数。这个问题可以追溯到欧拉,他计数了一个多边形可以分割成多少种顶点相接的三角形。后来,欧仁·卡塔兰发现了这类问题和代数之间的联系:在加法或乘法算式里插入括号的方法有多少种。我很快就会做解释,但首先让我先介绍一下这类数。
对 n = 0, 1, 2,…而言,前几个卡塔兰数 Cn
利用阶乘可以得到如下公式:
当比较大时,它还有一个很好的近似公式:
这又是一个在看似和圆或球体无关的问题里出现了的例子。
是把正边形分割成三角形的不同方法的数量(图 172)。
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图 172 把六边形分割成三角形的 14 种方法
它也是生成有片叶子的二叉树的数量。二叉树源于一个根节点, 然后从这个节点开始向两边分枝。每个分枝都以点或叶子结束。每个点必须继续分出两枝(图 173)。
图 173 5 棵有 4 片叶子二叉树
如果你觉得这个想法有点难懂,那么它和代数还有一个更直接的联系——计算在加法或乘法算式中插入括号的方法的总数,例如对 abcd 而言, 有C5 种可能:
一般而言,个符号有种插入括号的方法。为了搞明白其中的联系, 我们可以把这些符号顺次填在树的叶子上。如果一对叶子有相同的节点,
那么就插入括号。如图 174 所示,我们先从左往右把片叶子标上、 、 、 。然后,从下往上在连接和的节点旁标记。它上面的节点连接了和标记为的节点,因此新的节点对应于。最后,顶上的节点连接了和,因此,它是。
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图 174 把二叉有根树转化成代数
许多其他的组合问题也会出现卡塔兰数;以上是最容易描述的一小部分。
▌魔方
一个魔方的幻方常数是。这样的魔方包含了每个数各一次,平行于棱边的每行或经过中心的对角线中的数之和是相等的——这个和被称为幻方常数。所有个数之和是。这些数可以被分成组不相交的三元组,而每个三元组相加后可以得到幻方常数,因此幻方常数必须是
。
这样的排列是存在的,图 175 就是一个例子。
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图 175魔方的连续三层
▌其他特点
■是分拆的不同方法的数量,拆分需按自然顺序把数写成整数之和,如
■是第二个楔形数,所谓楔形数是指个不同质数之积。在这里, 。前几个楔形数分别是
■是第三个边形数,它和三角形数类似,但基于的是正边形。
■是超级多重完全数:除数之和的除数之和(包括),这样重复次之后的数字等于自己。
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