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看得懂但解不了的小問題,你有解法嗎?

金牌數學專欄

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數學是門很有意思的學科,很多問題和猜想的表現形式很簡單,但證明和解謎的方法卻難到了眾多的數學達人及專家,因此這些簡單而又深刻的問題使得數學充滿了魅力,人人都可以參與其中,而能做到撥雲見霧的人又少之又少。

今天,小編就和大家分享一些「外表」通俗易懂,但難倒眾人的數學問題:

6174 猜想

任意一個各數位上數字不全相同的四位數,將各位數字從大到小及小到大排列,將重新組合後的大四位數減去小四位數,得到一個新的數。對新得到的數字重複上述操作,7 步之內必然會得到 6,174。例如,選擇四位數 8,080:

8,080-0,088=8,712

8,721-1,278=7,443

7,443-3,447=3,996

9,963-3,699=6,264

6,642-2,466=4,176

7,641-1,467=6,174

可以看到,經過6次計算,得到了6,174,而如果將 6,174 按規則計算就是 7,641-1,467=6,174,結果再次回到了 6,174。6,174 這個彷彿黑洞般的數字是印度數學家卡普耶卡(D. R. Kaprekar)在1955年發現的。其實在三位數當中也存在這樣的黑洞數字:495,比如拿數字 753 進行同樣規則的運算:

753-357=396

963-369=594

954-459=495

之後,數字的運算就會在 954-459 的計算中反覆循環,是不是很有趣?

唯一的數

用 1 到 9 組成一個九位數,使得這個數的第 1 位能被 1 整除,前 2 位組成的數兩位數能被 2 整除,前 3 位組成的三位數能被 3 整除,以此類推,直到最後整個九位數能被 9 整除。

那到底是否存在符合這個苛刻要求的數字呢?還真有,這個數就是 381,654,729,而且有趣的是這個數在所有 1 到 9 組成的 362,880 個不同的九位數中唯一一個符合要求的數。

神奇的分數

化成小數後等於 0.01020304050607080910111213141516...。

翻倍的巧合

將 123,456,789 這個數翻倍,1,234,567,892=246,913,578,可以發現得到的數字也是由 1-9 這 9 個數字不重複地組成的。

將 246,913,578 再翻倍,2,469,135,782=493,827,156,可以發現得到的數字仍然是由 1-9 這 9 個數字不重複組成的。

那如果將 493,827,156 這個數字繼續翻倍呢?結果還可以保持規律嗎?

4,938,271,562=987,654,312,果然,結果還是一樣,各位數字沒有重複,接下去再翻倍的話,數字就要達到十位數了,總該有數字重複了吧?

9,876,543,122=1,975,308,624,結果中的各位數字還沒有出現重複的,難道這不是巧合,而是暗藏著什麼有趣的原理?

19,753,086,242=3,950,617,248,第 5 次翻倍了,還是沒有等到重複數字的出現,看來只有將數字翻倍到十一位數時才會出現數位上數字的重複了。

39,506,172,482=7,901,234,496,正當盼望著十位數中的最後一次翻倍,也能獲得各位數不重複的數字時,事實卻開了一個玩笑,就在這第 6 次翻倍中,結果數字中出現了兩個「4」,終結了開始到現在的翻倍神話。

很有趣不是嗎?數學的魅力之一就是當我們已經習慣了一種規律時,下一步的計算很可能會帶來出乎意料的結果。

3×+1 猜想

任取一個正整數,如果這個數是偶數,將其除以 2,如果這個數是奇數,則將其乘以 3 再加上 1 ,在這樣的規則下會得到一個新的數字,再對這個數字按照規則計算,如此反覆下去,最終的結果都是 1 。

這個問題看似非常簡單,突破口有不少,於是很多數學家都參與了研究,但大家冥思苦想也不得其解,由於參與研究的數學家眾多,於是根據研究和傳播它的數學家或者地點,這個問題也有各種別名:科拉茲(Collatz)問題、角谷猜想、哈斯(Hasse)演算法問題、烏拉姆(Ulam)問題等等。

看似簡單的 3x+1 問題,其實數字的收斂並沒有什麼規律,以數字 26 為例,10 步就掉入了 3x+1 問題的陷阱:

如果從 27 開始算的話,數字會達到幾千,似乎可以逃脫 3x+1 問題的陷阱了,但經過了上百步的計算後,還是回到了 1。

小v的話:

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