当美与数学相遇时——欣赏我们身边的12个迷人之数( 四 )


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把欧拉公式绘制到复平面上(以实数轴和虚数轴建立坐标系),就会得到一个单位圆 。
如果令 x = π, 我们就会得到如下方程:

当美与数学相遇时——欣赏我们身边的12个迷人之数

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了解到 cos π = -1 以及 sin π = 0, 右边就会出现 -1:

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还可以通过等价变换来让方程变得更漂亮一点:

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这样就更加深刻,包含了数学中 5 个最重要的数学常数:0、1、e、π 和 i 。并且包含了三种最基本的算术运算:加法、乘法和幂运算 。绝对令人惊讶的是,这些看似无关的数都被这个简洁的公式联系起来 。
2. 数 61746174 是卡布列克常数(以印度数学家D. R. Kaprekar命名),又称黑洞数 。这个数有很有趣的特点,一个四位数如果按下面的方式反复计算,就会得到很神奇的结果 。
  • 取任意一个至少有 2 位数不同的四位数 。
  • 分别把这个四位数按升序和降序的方式重新排列,会得到两个新的两位数 。
  • 现在用这两个数中大数减小数 。
  • 如果不等 6174,重复第二步 。
如果循环的次数足够多,最终会得到 6174 。为什么无论选什么数字,都会得到 6174,这就是神奇之处了 。可以另外再看几个示例,先用 2714 做个实验算下看看吧:
  • 7421 -1247 = 6174
换个数字,再拿 3678 试一试:
  • 8763 -3678 = 5085;
  • 8550 -0558 = 7992;
  • 9972 -2799 = 7173;
  • 7731 -1377 = 6354;
  • 6543 -3456 = 3087;
  • 8730 -0378 = 8352;
  • 8532 -2358 = 6174
这些数就像被吸入到黑洞里某个固定点中,故像 6174 这样的数也被称为黑洞数 。而其他位数的数字也有类似的情况,比如 9 位数中有 2 个黑洞数: 554999445 和 864197532,感兴趣的朋友可以算下 。
6174 还属于哈沙德数(Harshad number),也被称为尼云数,是指能够被其各个数位上的数字之和整除的自然数:例如 6174/(6+1+7+4)=6174/18=343 。这就又为该数添了一笔神秘色彩 。
1. 黄金比例之前提及过这个黄金比例,但这可能是世界上最为重要的比例,以下是它的一些有趣的特性:

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  • 1.618… 与 0.618… 互为倒数,也就是 1.618… 的倒数是 0.618…,0.618… 的倒数是 1.618…,人们称两者为黄金比例共轭 。可以有这个式子表示出来:1/?≈1+?
  • 它在自然界中广泛存在(就像前面提到的那样) 。有些树的生长就是很好的例子,树干先是自由向上生长,长着长着它就拥有了一个分叉,于是产生了 2 个新的起点,其中一个起点会长出 2 个是新的分叉起点,而另一个则不会 。这个模式这个规律就好像是斐波那契数列一样 。

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  • 黄金比例广泛存在于几何学中,许多建筑和艺术品中都含有黄金比例 。希腊的巴特农神庙就是典型的例子 。

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  • 五角星内部也暗含着黄金比例 。

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上面就是所介绍数学上 12 个有趣之数,希望通过本文这一简短的探索之旅,能让对面的你能像数学家一样欣赏数学之美,或能从一个新的视角来观察周围的环境并找到隐藏的美丽 。