回文数与镜反数的奥秘
我国古代有一种回文诗,倒念顺念都有意思,例如“雾锁山头山锁雾,天连水尾水连天”。在自然数中也有类似情形,比如1397931就是一个很特殊的七位数,从左向右读与从右向左读竟是完全一样的,这样的数称为“回文数”。人们对回文数的研究,有许多成就,例如,人们认为,回文数中存在无穷多个素数11,101,131,151,191……。除了11以外,所有回文素数的位数都是奇数。道理很简单:如果一个回文素数的位数是偶数,则它的奇数位上的数字和与偶数位上的数字和必然相等;根据数的整除性理论,容易判断这样的数肯定能被11整除,所以它就不可能是素数。人们借助电子计算机发现,在完全平方数、完全立方数中的回文数,其比例要比一般自然数中回文数所占的比例大得多。例如112=121,222=484,73=343,113=1331……都是回文数。人们迄今未能找到四次方、五次方,以及更高次幂的回文素数。于是数学家们猜想:不存在nk(k≥4;n、k均是自然数)形式的回文数。
一、镜反数的定义:在古诗中,我们也常能见到可倒读的诗歌,如“雁过南楼半色秋,‖秋色半楼南过雁”;“回壁四山观落,‖日落观山四壁回”,“客上天然居‖居然天上客”。而在数学中,我们把具有这种对称格式的两个数叫互为镜反数,如492357816‖618753294。我们这里研究的镜反数可以看作是将回文数在中间分成两半得到的。
定义1镜反数(mirror-imagenamber),我们把一个n位数N=a1a2…ak-1ak,从右反序写成MI(N)=akak-1…a2a1,则称MI(N)是N的镜反数。如MI(1397)=7931。所有的回文数的镜反数都是它本身。
在电子计算器的实践中,还发现了一桩趣事:任何一个自然数与它的镜反数相加,所得的和再与和的镜反数相加,……如此反复进行下去,经过有限次步骤后,最后必定能得到一个回文数。例如:198+891=1089,1089+9801=10890,10890+09801=20691,20691+19602=40293,40293+39204=79497.79497又是一个回文数.是不是所有的自然数都有这个性质呢?不是。例如三位数中的196似乎用上述办法就得不到回文数。有人用计算机对196用上述办法重复十万次,仍然没有得到回文数。但至今还没有人能用数学证明办法对这个问题下结论,所有“196问题”也成了世界性数学难题之一。经过计算,在前十万个自然数中有5996个数就像196一样很难得到回文数。
二、镜反数的乘除关系:许多互为镜反数具有乘积关系,如2178×4=8712,1089×9=9801,更有趣的是此数中不论插进多少个9,具有同样的关系,如2199978×4=8799912,1099989×4=9899901。另外像3267×(7/3)=7623,4356×(3/2)=6534是具有乘除关系的镜反数。寻找具有乘除关系的镜反数我们还没有很好的方法。
三、平方镜反数:
定义2设N=a1a2…ak-1ak,MI(N)=akak-1…a2a1,如果MI(N2)=[MI(N)]2,则称MI(N)是N的平方镜反数,如
1221
式子的两个镜反数如同镜子反射的象和原象,中间一竖就像有一面镜子一般。即MI(12)=21,MI(122)=441=212,再如,,那么13和31是互为平方镜反数。而11、22是平方镜反数又是平方回文数,因为,。
那么,除了以上列举的这些平方镜反数以外,还有哪些平方镜反数?这些平方镜反数到底有哪些共同特征存在?
对于任何n位数,都存在平方镜反数。我们归纳如下:
1.二位数中共有6个平方镜反数11,12,13,21,22,31。
2.三位数中有15个平方镜反数,它们是:101,102,103,111,112,113,121,122,201,202,211,212,221,301,311。
我们可以发现如果两式要对称的话,那么它的展开式中的,,,,,都不能进位,也就是说,若,,不是0,1,2,3中的数字。,,任两数相乘大于或等于5,即数字中2,3同时出现。则就不是镜反数,这在我们判断一数是否为镜反数时,可以很快的删掉大部分的数。
3.四位数中共有39个平方镜反数。它们是:1001,1002,1003,1011,1012,1013,1021,1022,1031,1101,1102,1103,1111,1112,1113,1121,1122,1201,1202,1211,1212,1301,2001,2002,2011,2012,2021,2022,2101,2102,2111,2121,2201,2202,2211,3001,3011,3101,3111。
5.四位数中共有91个平方镜反数:
10001,10011,10012,10013,10101,10102,10103,10111,10112,10113,10121,11003,11001,11011,11012,11013,11101,11102,11103,11111,11112,11113,11121,11122,11123,12202,13001,20001,20011,20012,20101,20102,20112,20121,20122,21001,21011,21101,21102,22001,22011,22101,30001,30011,31001,31011,10002,10003,10021,10031,10022,10201,10202,10211,10212,10221,10122,11031,11002,11021,11022,11201,11202,12002,11211,12001,12011,12012,12201,12101,12102,12111,13011,20002,20021,20022,20201,20111,20211,20221,21002,21021,21201,21111,22002,22102,22111,30101,30111,31101,31111。
结论1:对于n位自然数(为整数),若是平方镜反数,则必满足下列条件:(1),则;(2),则
我们可以看到这些平方镜反数的数值是由0,1,2,3组成的。我们在上面发现的平方镜反数中间插入任意多个0,都可以得到更高位的镜反数。