數學家們是怎麼看數字的呢?看似不相關的數字間,可能隱藏著有趣的關聯。在數論學家眼中,數字們甚至有「社交」、「友誼」、「婚約」等關係,也有「完美」的數字存在。本期伍德說數就從中挑幾種比較好懂的關係介紹給大家。
一、完美數
6和28在數論學家眼中是完美的數字,但他們究竟完美在哪裡?我們試著把6的因數通通寫出來:1、2、3、6。接著我們把除了6以外的因數通通加起來:1+2+3=6,剛剛好就是自己!同理,28所有的因數是:1、2、4、7、14、28,把自己以外的因數加起來1+2+4+7+14=28也是自己。像這樣的數字被稱為「完美數」(完全數;Perfect Number)。
接下來的完美數分別是496、8128,再過去就是33550336這種非常大的數字。雖然看起來很少,但事實上,完美數究竟是有限多還是無限多還是未解之謎。
順帶一提,如果把自己以外的因數加起來,比自己還要小,這樣的數字被稱為「虧數」;反之則被稱為「盈數」。
有的數字不是那麼完美,但也快到完美的境界,它們被稱為「佩服數」(Admirable Number)。我們把12除自己以外所有的因數加出來:1+2+3+4+6=16,不完美。但若把其中一個加號改成減號:1-2+3+4+6=12,又回到自己了。雖然不完美,但它們已經足夠讓人佩服了。
二、友誼數
是的,你沒看錯。數字間和數字間是能有友誼,甚至超出友誼的關係*1。舉例來說,30和140就是一對好朋友。
我們將30的因數通通加起來:1+2+3+5+6+10+15+30=72;再將140的因數通通加起來可以得到336。注意嘍,72/30=336/140=2.4。像這樣的數字組合被稱為「友誼數」(Friendly Number)。其他的組合還有80和200。
當然,有的數字有朋友,也有的數字沒朋友。像是質數們(2、3、5、7等等)在經過上述運算,已經被證明是找不到朋友的。數學家認證的沒朋友。像這樣的數字被稱為「孤獨數」(Solitary Number)。所以說在和數學有關的創作中,常常提到賦予質數孤獨的意象,似乎也有其道理。
三、相親數
在拙作《Math Server》中,
欲求不滿的梅潔卡學姊使用的招式是「220、284相親相愛光束」,射出兩道光線,而被光線打到的兩人會暫時愛上彼此。事實上,220、284是數學家認證的一對「
相親數」(
Amicable Number)。
將220除了自己以外的因數通通加起來,可以得到284;將284除了自己以外的因數通通加起來,得到的是220。可謂你中有我、我中有你,關係友達以上。1184、1210則是另一對稍微大一點點的相親數。
早在畢達哥拉斯(畢氏定理那位)的時代,數學家們就知道相親數的存在。據說畢達哥拉斯還說過「朋友如同你的分身,就像220和284一樣」這種發言。
這種定義還能再推廣。像1264460、1547860、1727636、1305184四個數字,分別把他們的因數加起來,就形成了一個迴圈。這種關係被稱為「社交數」(Sociable Number)。有趣的是,有四個一組、五個一組,但目前還沒找到三個一組的社交數。
有幾組數字關係不到上面提及的相親數那麼好,但也差不多了。像是48和75。
把48除了自己和1以外的因數加起來:2+3+4+6+8+12+16+24=75;同理,把75除了自己和自己和1以外的因數加起來:3+5+15+25=48。這樣的組合被稱為婚約數(Betrothed Number)或是準相親數(Quasi-amicable Number)。另一組婚約數是140和195。
四、結論
看到這裡,相信各位最大的疑問是:研究這做什麼?當然一方面是為了有趣,另一方面,數字的性質其實和資安息息相關。例如所謂的RSA加密法,利用的就是質因數分解不易*2的性質達成加密,現在被大量使用在各種系統中(改天也來寫篇RSA的介紹吧)。對於數字間的關係更明瞭,就越有可能攻擊或改善此類密碼。考量這層關係,各國的國安單位其實也有不少數學家呢。
那麼我是伍德‧瓦懷特,我們下期伍德說數見!
*1. 出自某漫畫的6927或8059等密碼暫且不論──你沒聽過?不妨搜尋看看,會發現新世界的(?)
*2. 各位應該都能很輕易做出15=3*5,但像是1599呢?(1599=39*41),更別說數字要是更大了。