題主提到了一個神奇的數 142857。 這個數的神奇之處在於,它的 2 倍到 6 倍是這 6 個數字的一個排列,並且如果把 142857 寫兩遍:142857142857, 則它的 2 倍到 6 倍 恰好是這 12 個數字中的連續 6 位:
142857*2=285714
142857*3=428571
142857*4=571428
142857*5=714285
142857*6=857142
看起來特別神奇是吧?擁有這種性質的數我們稱之為 「走馬燈數」,其性質就像下圖那樣:
「走馬燈數」看起來是如此神奇,直覺告訴我們,這樣的數非常罕見,然而,真的是這樣嗎?
我們注意到,142857*7=999999,而這,正是走馬燈數的奧妙所在。
如果你學過極限,應該會認同 1=0.99999999……而 142857*7=999999,意味著 142857 正是 1/7 的迴圈節。相信對於學過數學的人來說,豎式計算一定不陌生,就像下圖所示:
參見圖中的彩色數字,我們發現,在作除法的過程中,餘數為 1~6 的情況恰好都出現了。
這就不難解釋為什麼 142857 的 2~6 倍都是迴圈節的一部分:因為任何不能被 7 整除的數,餘數必然是 1~6 中的一個,因此必然會落入相同的迴圈劫中啊!
看到這裡,我們恍然大悟:如果 1/n 在做豎式除法的過程中,餘數恰好遍歷了 1,2,……,n-1,那麼其迴圈節必然也是「走馬燈數」。
在數學上可以嚴格證明,這個性質等價於:當 p 為素數,且 10 為模 p 的一個原根時, 1/p 的迴圈節是 「走馬燈數」 (反過來其實也成立)。
著名的數列** oies 給出了這樣的一個數列(a001913):
數列的第一項就是大名鼎鼎的 7。第二項是 17,
1/17= 0.0588235294117647 (迴圈)
這就意味著: 588235294117647 也是一個「走馬燈數」:
588235294117647 *2= 1176470588235294588235294117647 *3= 1764705882352941588235294117647 *4= 2352941176470588588235294117647 *5= 2941176470588235……
類似地,1/19, 1/23, 1/29…… 的迴圈節,也能產出對應的 「走馬燈數」。
原本我們以為,像 142857 這樣的走馬燈數,是鳳毛麟角,不可多得的,沒想到,它其實也很常見啦!
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