Читать книгу Натуральные числа. Этюды, вариации, упражнения - Владимир Валентинович Трошин - Страница 10

Процесс отыскания и наименования новых классов чисел среди чисел натуральных, кроме уже рассмотренных, шел сотни лет. Придумано так много разного, что издание с кратким описанием всего открытого и названного должно быть многотомным. Можно только на свой вкус отобрать конечное множество разнообразных определений чисел, и в какой-то момент сказать себе стоп! Попробуем так и сделать.

***

Бесквадратным, или свободным от квадратов, называется число, которое не делится ни на один квадрат, кроме 1. К примеру, 10 – свободное от квадратов, а 18 – нет, так как 18 делится на 9=3². Начало последовательности свободных от квадратов чисел таково: 1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 13, 14, 15, 17, 19, 21, 22, 23, 26, 29, 30, 31, 33, 34, 35, 37, 38, 39, … .

Натуральное число n свободно от квадратов тогда и только тогда, когда в разложении этого числа на простые множители ни одно простое число не встречается больше одного раза, то есть все простые множители входят в разложение числа только в первой степени.

***

Гладким числом называется натуральное число, все простые делители которого малы. Поскольку понятие «делители малы» может быть истолковано произвольно, чаще всего гладким числом называют такое, чьи простые делители не превосходят 10 (то есть, фактически равны 2, 3, 5 или 7).

Натуральное число называется M-гладким, если все его простые делители не превосходят M. Исходя из этого определения, можно говорить о 3-гладких, 5-гладких, 7-гладких и т. д. числах. Например, к 3-гладким числам относятся: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12, 16, 18, 24, 27, 32, ….Все они в разложении на простые множители имеют только два простых числа 2 и 3 в различных степенях. Число 5000 имеет следующее разложение на множители: 2³·5⁴. Поэтому 5000 – это 5-гладкое число, а также 6-гладкое число и так далее, но не 4-гладкое. В основном определении гладкого натурального числа, останавливаются на множителях 2, 3, 5 или 7, следовательно, это определение соответствует 7-гладкому числу. Последовательность таких чисел: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 21, 24, 25, 27, 28, 30, 32, 35, 36, 40, 42, … . То есть, из натурального ряда чисел выбрасываются числа, кратные простым числам начиная от 11 и выше.

***

Полнократное число – натуральное число, которое делится нацело квадратом каждого своего простого делителя. Эквивалентное определение: число, представимое в виде a²·b³, где a и b натуральные числа. Наименование придумано математиком Соломоном Голомбом. Когда мы подходим ближе к нашему времени уже можно четко понять, кто ввел в оборот те или иные числовые определения, история сохраняет имена первооткрывателей. Последовательность полнократных чисел: 1, 4, 8, 9, 16, 25, 27, 32, 36, 49, 64, 72, 81, 100, 108, 121, 125, 128, 144, 169, 196, 200, … .

Из определения следует, что квадраты чисел и кубы чисел являются полнократными числами, так как вторым числом в определении может быть единица. Два наименьших последовательных полнократных числа – это 8 и 9. Согласно гипотезе Эрдёша, не существует трёх последовательных полнократных чисел. В связи с понятием полнократных чисел стали рассматривать разложение чисел не только в сумму и произведение других чисел, но ввели в рассмотрение разложение чисел в виде разности двух полнократных чисел. Именно введение разности в рассмотрение – главное значение этого класса чисел. Ведь до сих пор упоминалось сложение, умножение, деление, а о разности даже не заикались. Любое нечетное число представимо в виде разности двух последовательных квадратов: (k+1)²-k²=k²+2k+1-k²=2k+1 – нечетное число. Аналогично в виде разности квадратов представимо любое число кратное четырем: (k+2)²-k²=k²+4k+4-k²=4k+4. Встал вопрос о представлении в виде разности двух полнократных чисел любого числа, кратного двум, но не кратного четырем. Например, 2=3³-5². Долго стоял вопрос с разложением числа 6, пока не доказали, что любое число допускает бесконечно много таких представлений. В частности, 6=25²·7³-463²=214 375-214 369. На русском языке литературы о полнократных числах нет, но спасает то, что в Википедии дается перевод статей на русский и можно почерпнуть информацию.

***

Натуральное число называется необычным, если в его разложении на простые множители самый большой простой множитель строго больше квадратного корня из числа n. Как тяжело писать, когда нельзя употреблять ни редактор формул, ни встроенные символы и приходится использовать только то, что есть на клавиатуре. Вместо одного значка пишешь четыре слова. В определении приходится выходить из множества натуральных чисел и опираться на числа иррациональные, но для полноты охвата прилагательных, применимых к натуральным числам, не хотелось выбрасывать это определение. Все простые числа необычны. Для любого простого p все его кратные меньше p² необычны. Первые несколько необычных чисел: 2, 3, 5, 6, 7, 10, 11, 13, 14, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 26, 28, 29, 31, 33, 34, 35, … .

***

Сфеническое натуральное число (от др.-греч. сфена – клин) – число, равное произведению трёх различных простых чисел (так, например, 30=2·3·5; соответственно, число 30 является первым сфеническим). Количество делителей произвольного сфенического числа всегда равно 8. Например, если n=pqr, где p, q и r – разные простые числа, то делителями n будут: 1, p, q, r, pr, qr, pq, pqr Так первое сфеническое число 30 имеет делители: 1, 2, 3, 5, 6, 10, 15 и 30. Сфенические числа образуют последовательность: 30, 42, 66, 70, 78, 102, 105, 110, 114, 130, 138, 154, 165, 170, 174, 182, 186, 190, 195, … . Примером двух последовательных сфенических чисел являются 230 (230=2·5·23) и 231 (231=3·7·11). Примером трёх последовательных сфенических чисел являются 1309 (1309=7·11·17), 1310 (1310=2·5·131) и 1311 (1311=3·19·23). Более чем трёх последовательных сфенических чисел быть не может, поскольку каждое четвёртое натуральное число будет делиться на 4.

***

Радостное число определяется следующим процессом: взяв некоторое натуральное число, замените число суммой квадратов его цифр и повторите процесс до тех пор, пока число либо не будет равно 1 (на чем процесс закончится), либо оно бесконечно крутится в цикле, который не включает 1. Те числа, для которых этот процесс заканчивается в 1, являются радостными числами, а те числа, которые не заканчиваются в 1, будут печальными числами. Происхождение радостных чисел не ясно. Если число радостно, то все члены его последовательности суммирования квадратов цифр радостны; если число печально, все члены последовательности печальны. Например, 19 является радостным, так получается последовательность ₍₊₎²19: 1²+9²=82, 8²+2²=68, 6²+8²=100, 1²+0²+0²=1. В первой тысяче натуральных чисел есть 143 радостных числа: 1, 7, 10, 13, 19, 23, 28, 31, 32, 44, 49, 68, 70, 79, 82, 86, 91, 94, 97, 100 … . Радость числа не зависит от перестановки цифр и вставки или удаления любого количества нулей в любом месте числа. Например, радостное число 19 порождает радостные числа: 91, 109, 190, 910 и так далее. Из этого утверждения следует радостный вывод о том, что радостных чисел бесконечно много.

Вариация радостных чисел состоит в том, чтобы, взяв некоторое натуральное число, заменить число суммой кубов его цифр и повторять процесс до тех пор, пока число либо не будет равно 1 (на чем процесс закончится), либо оно бесконечно крутится в цикле, который не включает 1. Например, берем число 1579 и проводим процесс кубирования: 1³+5³+7³+9³=1+125+343+729=1198, 1³+1³+9³+8³=1+1+729+512=1243, 1³+2³+4³