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《数学女孩2:费马大定理》1.6 巡回哪里

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“我们试着把能巡回的数字按级数归纳到表里,不分先后顺序。”

“怎么看这张表呢?”

“最左侧那列,竖着排列的 1~11 是级数。然后将与级数对应的巡回的数字从小到大排列,就是右边横着排列的那些数字。打比方说,级数为 3 时,就能巡回 3, 6, 9, 12 这四个数字,就是刚才我们画图时用线连起来的数字。从这张表中你能看出些什么吗?”

“感觉像倍数?”

“什么意思?”

“呃……我说不好。”

“这可不行。得把想到的都好好表达清楚。”

“那个,我感觉巡回的数字就是‘巡回的数字中最小的那个数字’的倍数。”

“哦?比如说?”

“比如说,从上面数第二行,2, 4, 6, 8, 10, 12 全都是 2 的倍数。然后刚才哥哥你说的从上面数第三行的 3, 6, 9, 12 全都是 3 的倍数,对吧。所以右边最左端的数字是 1 的话,就可以转一周。就是完全巡回。举个例子,级数为 1, 5, 7, 11 时,对应那一行就把 1~12 所有数字都集齐了。因为每个自然数都是 1 的倍数!”

“原来如此!确实是这样。我们把 1, 5, 7, 11 这四行单独拿出来看看吧。”

“对吧对吧?”

“没错。能实现完全巡回的级数那行肯定包含 1,而且不能实现完全巡回的级数那行是不包含 1 的……”

“嗯嗯。这样问题 1-1(完全巡回的规律)就有答案了呢。”

“不不,还没有。问题要求的是级数的性质,所以必须说出巡回的数字中包含 1 的都有哪些级数。”

“什么意思啊,哥哥?”

“我们把‘巡回的数字中最小的那个数字’称为最小巡回数。刚才你发现‘最小巡回数’等于 1 的话就可以实现完全巡回对吧。”

“是这样呢。”

“问题是可以从‘级数’计算‘最小巡回数’吗?我们试着总结之前研究的内容,把从‘级数’到‘最小巡回数’的对应关系写出来,看看能不能找出‘最小巡回数’的计算方法。”

     “级数”“最小巡回数”

“唔……人家看不出来。刚开始是 1, 2, 3, 4,怎么突然又回到 1 了呢。”

“那给你个提示。时钟的‘表盘数字的个数’一共有 12 个对吧。结合 12 这个数字想想看。”

尤里拨弄着马尾辫,想了一阵。

“嗯……嗯……倍数?感觉左边的数字好像是右边的数字的倍数。”

“嗯?”

“比如从下往上数第四个,左边是 12 和 8,右边是 4 对吧。12 和 8 都是 4 的倍数!”

“原来如此,确实是这样……”

“啊,这个我在学校学过。这个叫公倍数,不不,搞反了,是公约数。右侧的‘最小巡回数’是左侧两个数字的约数……因为是两个数字的约数所以是公约数! 12 和‘级数’—— 也就是‘表盘数字的个数’与‘级数’的公约数就是‘最小巡回数’!”

“真厉害!可惜有点遗憾,不只是公约数这么简单哦。”

“诶?啊,对了,是最大公约数!”

“没错。那什么情况下能实现时钟的完全巡回呢?”

“最大公约数为 1 的时候。‘表盘数字的个数’与‘级数’的最大公约数为 1 的时候能实现完全巡回。”

“对,回答完全正确!”

“万岁!”

解答1-1 (完全巡回的规律)

“表盘数字的个数”与“级数”的最大公约数等于 1 时,可实现时钟的完全巡回。

“总之就是‘互质’时可以实现完全巡回。”

“互……质?什么意思?”

“就是‘最大公约数为 1’。”

互质

自然数 ab 的最大公约数等于 1。

此时我们将 ab 的关系称为互质。

“打个比方,12 和 7 的最大公约数等于 1,所以 12 和 7 是互质的。而 12 和 8 的最大公约数等于 4,所以 12 和 8 不互质。用互质可以这样描述完全巡回:只有‘表盘数字的个数’与‘级数’互质时,才能实现时钟的完全巡回。”

解答1-1a (完全巡回的规律)

只有‘表盘数字的个数’与‘级数’互质时,才能实现时钟的完全巡回。

“嗯……互质啊。”

“尤里有一种打破砂锅问到底的精神,真了不起啊。刚才我列表的时候,你也问我该怎么去看来着。不太明白的时候就有必要打破砂锅问到底。尤里就是这种‘打破砂锅问到底的人’呢。”

“因为人家笨嘛,好多东西都不懂。”

“尤里才不笨呢,勇于承认‘不懂’是正确的,笨蛋是那些揣着不懂‘装懂’的人。”

“哈哈……只有哥哥你才会表扬我的‘不懂’。不过,能受到表娘好开心喵~”

“表娘?”

“不要在意细节!人家不好意思嘛,你就别吐槽了啦~”