為共同目標而前進 - 真因子圈

真因子圈或交際數

我們在《數數相連》的一章已談過親和數 (Amicable Pair) 的問題,其實這數圈不一定只限 2 個數,多些也可以,但隨著成員數目增加,原來屬於親和數的兩個要求,即

前數的真因子總和 (Sum of Aliquot Divisors) 等於後數本身,一個接一個傳下去。

各數的因子總和 (Sum of Divisors) 相等。

這兩個要求不可能同時保持,我們唯有作出取捨。

若保存前者,我們稱為親和數組 (Group of Amicable Numbers);若保留後者,我們稱這樣的數鏈為真因子圈 (Aliquot Cycle) 或 真因子數列 (Aliquot Sequence)。本章先為大家介紹親和數組,而真因子圈則留待下一章《真因子走圈子》作交待。

 

桃園結義

我們可以有 3 數 A、B 和 C 而 A 的真因子總和恰好是 B 和 C 相加,B的真因子總和剛剛是 C 和 A 相加,C 的真因子總和回歸到 A 和 B上:這樣的三個數不是心心心相連嗎,像桃園中的劉、關、張,也像結義金蘭的好姐妹。

我們稱這小集團為「金蘭數」或正式的親和三元數組 (Amicable Triple)。但理論可好,真實存在否?是有的,但也小。

下為一例,由美國數學家迪克森 (Leonard Eugene Dickson 1874-1954) 在 1913 至 1952 年間發現 8 組親和三元數組中最小的一組:

A = 123228768 = (25)(3)(13)(293)(337),s(A) = 227355648 = 103340640+124015008

B = 103340640 = (25)(3)(5)(13)(16561),s(B) = 247243776 = 124015008+123228768

C = 124015008 = (25)(3)(13)(99371), s(C) = 226569408 = 1232286768+103340640

式中的 s(n) 為數 n 的真因子總和。其實 A 和 B 的因子有 96 個,C 少一些,也有48 個:驗證是艱辛的工作,留給諸位好了。

迄今為至,我們對親和三元數組的研究仍有限。多附一例,以供參考。

A = (214)(3)(5)(19)(31)(89)(151) = 1945330728960

B = (214)(5)(11)(19)(29)(31)(151) = 2324196638720

C = (214)(5)(19)(31)(151)(359) = 2615631953920

 

另外,我們亦可從真因子總和去定義親和三元數組,也可從因子總和去作定義:

這樣即保留了我們先前所述的兩個要求中較後的一個了。

 

四進士

大家或會問,那麼有沒有親和四元數組 (Amicable Quadruple) ,當然是有的。

若四數的因子總和符合上式,那便是親和四重數了。

另外若 (a, b) 和 (x, y) 都是親和數,且

 

那 (ax, bx, ay, by) 便是一親和四重數,因為:

而最小的一組是 (842448600, 936343800, 999426600, 1110817800)。

 

此外我們亦可用下列公式尋找較大的親和四重數:

式中

式中 Mn梅森素數 (Mersenne Prime) ,n 是特定素數且大於 3 。

 

 

圈圈多問題

人們在親和數中面對的難題,即「奇偶性 (Parity) 不同」和「互素 (Coprime)」,在這些親和數組中一樣存在。人們猜想對每一個長度而言,有無限多個數圈,但現在這仍未得證。

 

參考文獻及網址

Dickson, L. E. History of the Theory of Numbers, Vol. 1: Divisibility and Primality. New York: Dover, pp. 38-50, 2005.

Weisstein, E. W. "Amicable Quadruple." From MathWorld. http://mathworld.wolfram.com/AmicableQuadruple.html.

Weisstein, E. W. "Amicable Triple." From MathWorld. http://mathworld.wolfram.com/AmicableTriple.html.

 

Free Web Hosting