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今天是世界完全對稱日!聊聊回文數(shù)!

 昵稱83478162 2023-10-02 發(fā)布于上海




2020.02.02

這是劉老師的數(shù)學日記推送的第414篇文章

今天是幾月幾日?星期幾?

這可能是最近假期最難回答的問題。每天呆在家也不知道具體日期了。

今天是2020年2月2日,是個什么日子?

這個日期標準書寫應該是2020年02月02日,20200202完全對稱。這也被網(wǎng)友稱為:“千年一遇的對稱日”。

今天正好初九,可謂長長久久;另外,2020諧音又有愛你愛你的意思,所以很多人準備在今天結(jié)婚或領證。之前不少民政部門都加班開放婚姻登記,滿足大家好事成雙的愿望。

但由于最近疫情嚴重,民政部門取消今天的婚姻登記,不少新人也推遲結(jié)婚的日子。那這也不影響大家了解這個有趣的數(shù)。

1

在數(shù)學中,像這樣對稱的數(shù)有很多。對稱數(shù)也稱為回文數(shù),比如10101,即從中間分兩邊對稱的數(shù),奇、偶位數(shù)都有這種現(xiàn)象。據(jù)推算,從公元1年01月01日(10101)到今年的2020年2月2日(20200202)總共有514個世界完全對稱日。

21世紀對稱日已經(jīng)過去了20011002、20100102、20111102。2020年02月02日之后的“對稱日”是2021年12月02日,再等到2030年03月02日,然后十年一次2040年04月02日,2050年05月02日......直到2101年10月12日,開始下一個世紀的輪回。

但這些對稱的日子都好像沒有10010101和20020202這樣給人感覺特殊、讓人印象深刻。

2

像這樣從左到右讀與從右到左讀完全一樣的自然數(shù),我們稱該之為回文數(shù)或者對稱數(shù)。?所有的回文數(shù)都是呈中間對稱的數(shù)。如111,3223,52325……等。注意哦,像111,2222,33333等相同數(shù)字組成的數(shù),也叫作回文數(shù)。

那你自己能寫一個回文數(shù)嗎?

121~立正!

第一反應就是體育老師嘴巴中熟悉的的“121”。當然、回文數(shù)非常之多。

首先,所有單個數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9都是回文數(shù)。

其次,任意一個數(shù)字不斷寫下去也是回文數(shù)。如11、22、111、999……

最后,先任意寫幾個數(shù)字,再把這幾個數(shù)字的順序反一反,繼續(xù)寫下去,也是回文數(shù)。如12344321、10122101……

那回文數(shù)有多少呢?你能有序地找到它們嗎?

那我們就從一位數(shù)、兩位數(shù)、三位數(shù)、四位數(shù)……去找找規(guī)律。

一位數(shù):0,1,2,3,4,5,6,7,8,9這十個一位數(shù)從左往右讀和從右往左讀都是一樣,這10個數(shù)都是回文數(shù)。

兩位數(shù):兩位數(shù)也很好找,十位和個位要一樣。分別是11,22,33,44,55,66,77,88,99,一共有9個。

三位數(shù):根據(jù)回文數(shù)的特點,百位和個位上的數(shù)要一樣,所以百位和個位分別可以是1,2,3……9,一共有9種情況。如1()1,2()2,3()3,……9()9。

十位上的數(shù)依次可以是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9這十個數(shù)字。所以9×10=90(種)。這里就需要有序思考,做到不重復不遺漏。這就有點排列組合的“味道”了。

四位數(shù):回文數(shù)的數(shù)字都是對稱出現(xiàn)的,所以第一位和第四位是相同的,第二位和第三位是相同的;所以只要考慮第一位和第二位。而第一位又不能是0,所以只能填1—9。第二位可以是0—9任意的數(shù),有10種可能。所以,四位數(shù)的回文數(shù)一共有9×10=90種。

五位數(shù):方法同上,由于第一位和第五位相同,可以填1—9;第二位和是四位相同,可以填0—9,第三位也可以填0—9,所以列式9×10×10=900種。

六位數(shù):六位數(shù)也可以分成三類,第一位和第六位,第二位和第五位,第三位和第四位。因此列式9×10×10=900種。

……

關于回文數(shù)個數(shù)問題,又一年數(shù)學高考題出過下面一道題目:

回文數(shù)是指從左到右與從右到左讀都一樣的正整數(shù)。如22,111,3443,94249等。顯然2位回文數(shù)有9個:11,22,33…,99。3位回文數(shù)有90個:101,111,121,…,191,202,…,999。則

(1)4位回文數(shù)有______個;

(2)2n+1(n∈N+)位回文數(shù)有______個。

關于回文數(shù)的個數(shù),從剛才特殊的情形可以歸納一下:

歸納一般性的規(guī)律:n位數(shù)的回文數(shù)的個數(shù),當n=2k(k∈N*)時有9×10k-1個;當n=2k+1kN*時有9×10k.

3

一個數(shù)能不能通過加法制造出回文數(shù)?

這里,以35為例,它顯然不是回文數(shù)。35可以加很多數(shù)變成回文數(shù)。但有一個特殊的方法制造回文數(shù)是很奇妙的。

35+53=88(回文數(shù));兩個加數(shù)是相反的,也就是一個加數(shù)倒過來讀就是另一個加數(shù)。

這只是個猜想。再舉幾個例子試試!

36+63=99,316+613=929,326+623=949,346+643=989

……

我們發(fā)現(xiàn):只要一個數(shù)加上這個數(shù)倒過來讀的數(shù),就能制造出回文數(shù)。

那再舉個例子試試!用58試試!

58+85=143(不是回文數(shù))怎么不行了;再往下看。

143+341=484(又是回文數(shù))

原來,一個多位數(shù),如果不是回文數(shù)就加上它的倒寫數(shù),得到的和是回文數(shù);如果得到的和不是回文數(shù),就繼續(xù)重復這樣的方法,最后還是會得到一個回文數(shù)。

再比如,寫一個自然數(shù)68,按上面的步驟運算:

68+86=154,

154+541=605,

605+506=1111,

經(jīng)過三步計算,就得到了一個回文數(shù)1111。

是不是很神奇!

當然,  這還只是一個猜想哦!數(shù)學家們得出了著名的“回文數(shù)猜想”:任意寫一個自然數(shù),經(jīng)過有限次運算后,一定會得到一個回文數(shù)。

“回文數(shù)猜想”與世界上許多著名的猜想一樣,至今還沒有人能證明“回文數(shù)猜想”是否成立。

有人用計算機驗證過:在1至10000之間,有97.5%的自然數(shù)可以在24步計算以內(nèi)得到回文數(shù)。其余的自然數(shù)(196除外)要經(jīng)過更多步計算才能得到回文數(shù)。

而唯一例外的是196這個數(shù),在經(jīng)過37303步計算之后,得到一個15500位的數(shù),在經(jīng)過幾十萬步計算后仍未得到回文數(shù)。繼續(xù)做下去究竟能不能得到回文數(shù),還是一個解不開的謎。數(shù)學家認為,如果“回文數(shù)猜想”不成立的話,也許196就是一個反例。

4

除了用加法制造回文數(shù),還可以用別的運算方法嗎?

模仿加法制造回文數(shù)的樣子繼續(xù)研究,可以用減法、除法結(jié)合解決這個問題:任意寫一個自然數(shù),把它倒過來從右往左寫成另一個自然數(shù),并將這兩個數(shù)相減;然后將所得的差除以9.重復這一過程,經(jīng)過有限次運算后,一定會得到一個回文數(shù)。

以196為例,按上述步驟計算:

691-196=495,

495÷9=55,

經(jīng)過計算,就得到了回文數(shù)55。

當然用乘法也可以制作出回文數(shù),可以自己探究探究!

5

回文數(shù)在很多方面能夠有體現(xiàn)出數(shù)學的趣味性,比如尋找除了回文數(shù)特征以外,還具有其他特征的數(shù)字。

如:回文素數(shù):2, 3, 5, 7, 11, 101, 131, 151,181,191,

回文完全平方數(shù):0, 1, 4, 9, 121, 484, 676, 10201, 12321,…

關于回文數(shù)的知識還有很多,也有很多有趣的結(jié)論

(1)從1到9的任何數(shù)乘以11,總能得到一個回文數(shù),如11×8=88;

(2)每一個位數(shù)是偶數(shù)的回文數(shù)一定可被11整除,如122221÷11=11111;

(3)兩個由1組成的數(shù)且數(shù)位不超過9的乘積一定是回文數(shù),如

1111×11111=12344321;

……

“回文數(shù)”是如此高深莫測,有興趣的話我們還可以進一步對它進行研究!

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