這是我所見過的最美麗的數學“東西”之一,是由18世紀的數學家尤拉發現的,對於尤拉及其作品,我們做過很多介紹:
尤拉常數——最神秘的數字,調和級數的產物,至今看不清它的面貌
很多人真正愛上數學,是從尤拉公式開始的,它到底有怎樣的魔力?
世界上最短的數學論文系列,關於費馬大定理和尤拉猜想
調和級數——自然真理是如何隱藏在數字中的,永遠不要相信直覺
又是尤拉,用代數法求解四次方程的通解,偉大頭腦的一個精妙設計
這位數學家所做的很多數學工作本身就令人震驚。為了理解我所說的和文章開頭的圖片,我們先問自己一個簡單的問題:在不考慮順序的情況下,有多少種方式可以將一個數字寫成其他數字的總和?
這是一個相當難的問題,讓我們先從一些簡單的例子入手,比方說4,現在所有這些所謂的 "方式 "是:
這就是所謂的4的分割(請允許我這麼稱呼),這些是把4分成其他正整數的方法。假設p(4)代表4的分割量,那麼p(4)=5。不管你信不信,p(100)=190,569,292,這意味著有190,569,292種方法可以把100寫成正整數之和。
一個數字的分割量是一個非常深刻的數學問題,尤拉發現的最深刻的真理之一,可以用來精確地根據其他數字的分割量來計算一個數字的分割量。首先讓我們列出一些數字的分割量的數值:
- p(0)=1
- p(1)=1
- p(2)=2=p(1)+p(0)
- p(3)=3=p(2)+p(1)
- P(4)=5=P(3)+P(2)
- p(5)=7=p(4)+p(3)-p(0)
- p(6)=11=p(5)+p(4)-p(1)
- p(7)=15=p(6)+p(5)-p(2)-p(1)
- p(8)=22=p(7)+p(6)-p(3)-p(1)
- p(9)=30=p(8)+p(7)-p(4)-p(2)
p(數字)=p(數字-1)+p(數字-2)-p(數字-5)-p(數字-7)-…
這相當有趣。現在,這些數字(1、2、5、7、12、15、22…)是什麼?看看每一個奇數位置的數字(比如第1個、第3個、第5個等等),把它們列出來:1、5、12、22…,儘管它們可能只是看起來很隨機,但它們確實有一個非常簡單的規律,這個規律是:
這正是它的本質,至於偶數,其中第n個數字的確切值是:
這些數字是所謂的 "五邊形數",
- 五邊形數是能排成五邊形的多邊形數。其概念類似三角形數及平方數,不過五邊形數和三角形數及平方數不同,所對應的形狀沒有旋轉對稱(Rotational symmetry)的特性。
尤拉證明了,對於n是你選擇的任何數字,對於p(0)=1和對於所有負數,它們的分割量是0,我們有:
這揭示了所有數字分割量的真理。