非常神奇的数学结论有哪些?(比较神奇的数学题)


谢邀。

下面要说的一个「现象」,展现起来非常浅显,连小学生都能看懂,却让人感到匪夷所思。

我们来看两组数:

  • A:1,5,10,18,23,27;
  • B:2,3,13,15,25,26。

这两组数有什么关系呢?

它们满足一个「神奇」的性质:这两组数的和相等。

即:

看到这里,你也许会不屑一顾:这有什么稀奇,这样的数组要多少有多少!

真的是这样吗?那我们做一个小小的变化:算算各自数组的平方和。

然后你可能发现了:

这两组数的平方和也相等!

这个时候,有些人可能有点小惊讶,但也有人会很淡定:毕竟每组 6 个数呢,找两组和及平方和都相等的应该并不是什么难事啊。

但是事情并没有结束,我们算算它们各自的立方和:

这就让人有点意外了,不过,这并不是终点,请看:

请再看:

神奇吧?难道有什么玄机吗?

并没有,如果我们继续下去:

六次方和就不一样了。

这两组数看上去真是匪夷所思,奇妙之极。那么,它们究竟是怎么来的呢?

原来,这些数字源于前苏联数学家 Gelfond 发现的恒等式:

其中 n = 1,2,3,4,5

上面的例子,只是 a = 1,b = 1,c = 2 的情形而已。如果改变 abc 的值,我们就可以得到其它满足要求的数组了。

我们原以为这样的数组是「凤毛麟角」,不可多得的,现在看来,它们真的是「要多少有多少」的!

这类问题,在数学上叫做「k 次乘方幂的等和问题」,或者「等幂和问题」。这个问题在表述上极为简洁,但是深究起来却有很多门道。比如,如果限定数组的个数(如每组 6 个数),我们能构造出多大的 n 次幂等式?这个 n 是不是有上界?这依然是未解之谜。

不过……

我们知道,上文中 Gelfond 的构造的恒等式是「神来之笔」,要构造这样的等式,对普通人来说显然太难了。但是,如果我们放宽条件(比如:不对每个数组中数的个数作严格限制),那么,对普通人来说,这也是一件并不困难的事情哦!

怎么做呢?请移步我的专栏文章:如何将一群人分成两组,使各自的总体实力「旗鼓相当」?- 看!你身边有一只数学 ,这里不仅展现如何构造「等幂和」,更是挖掘了这个问题背后有趣的应用场景。

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