实际数

更新时间:2022-08-25 15:29

实际数(practical number)是指一正整数n有许多约数,所有小于n的正整数都可以用数个n的相异真约数和表示。

简介

实际数(practical number)是指一正整数n有许多约数,所有小于n的正整数都可以用数个n的相异真约数和表示。例如12的真约数有1, 2, 3, 4及6,而1至11的数字中有几个不是12的真约数,但都可以表示为数个相异真约数的和:5=3+2, 7=6+1, 8=6+2, 9=6+3, 10=6+3+1及11=6+3+2。

以下是实际数的列表(OEIS中的数列A005153):1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 32, 36, 40, 42, 48, 54, ....

12,13世纪的意大利数学家斐波那契在其著作《计算之书》(Liber Abaci)中,在说明如何用埃及分数的和表示有理数时有用到实际数。斐波那契没有正式的定义实际数,但其中有一个表,其中有许多分数的分母为实际数。

实际数(practical number)一词最早是由Srinivasan在1948年开始使用,他希望可以找出有这类性质的数字,此工作后来在1955年由Stewart和Sierpiński完成。利用正整数的素因数分解可以判断是否是实际数,所有2的幂及偶数的完全数都是实际数。

实际数的充份必要条件

一个正整数可以由其素因数分解看出是否是实际数,一正整数 ,其中 ,素因数为 ,其为实际数当且仅当 ,且对于每个2到k之间的i:

其中 为x的除数函数

由于以上条件成立时,才能用其他较小的约数和表示 ,因此是一正数为实际数的必要条件。上述条件也是一正数为实际数的充份条件。

和其他数列的关系

所有2的幂都是实际数。2的幂的素因数分解满足实际数的充份必要条件:第一个素因数为2。所有偶数的完全数也都是实际数:依照欧拉的研究,偶数的完全数可以表示为2(2−1),其奇数的素因数可以用其他偶数部分的除数函数来表示,因此也满足实际数的充份必要条件。

任一个素数阶乘也都是实际数。根据伯特兰-切比雪夫定理,素数阶乘中最大的素数会小于次大素数和最小素数的乘积,因此满足实际数的充份必要条件。前k个素数幂次的乘积也都是实际数,包括阶乘以及斯里尼瓦瑟·拉马努金提出的高合成数

和埃及分数的关系

若n为实际数,则小于1的有理数m/n可以表示∑di/n来表示,其中di为n的相异约数,此式的每一项都可以化简为单位分数,因此此式即为m/n的埃及分数表示式。例如

斐波那契在其著作《计算之书》(Liber Abaci)中列出许多用埃及分数表示有理数的方式,首先先确认分数是否可以直接化简为单位分数,再来则是设法将分子表示为分母约数的和,此方式只在分母为实际数时有效。斐波那契列出了分母为6, 8, 12, 20, 24, 60及100时,分数用埃及分数表示时的表示式。

和素数的类似之处

实际数特别的一点是其许多性质都类似素数。例如假设p(x)为小于x实际数的个数,Saias证明存在常数c1及c2使得下式成立:

以上公式可以对应素数的素数定理。此证明解答了Margenstern的猜想:存在特定常数c,使得p(x)渐近于cx/logx。也强化了保罗·埃尔德什所提出:实际数在正整数中的密度为0的论点。

实际数也有对应哥德巴赫猜想孪生素数猜想的定理:每一个偶数可以表示为二个实际数的和,以及存在无限多个x−2,x,x+形式的实际数。Melfi也证明在斐波那契数列中存在无限多个实际数,素数对应的问题是是否存在无限多个斐波那契素数,此问题仍为开放问题,还没有被证明,但也还找不到反例。Hausman及Shapiro证明若x为正实数,在[x,(x+1)]区间内存在实际数,可以对应素数中的勒让德猜想。

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