14. 有意思的是，在数学历史上，一些很简单的结论竟然几百年来都未曾发现。直到 1977 年， Paul Erdős 和 George Szekeres 才发现，除了两头的 1 以外，杨辉三角同一行内的任意两个数都有公因数。证明这个结论。
答案：只需要注意到， a 乘以一个比 b 小的数之后还能成为 b 的倍数，这说明 a 和 b 一定有公因数。不妨设 0 < i < j < n ，则 C(j, i) < C(n, i) 。我们的命题可以由下述关系直接推出。
C(n, j) · C(j, i)
= n! / (j! (n - j)!) · j! / (i! (j - i)!)
= n! / (i! (n - j)! (j - i)!)
= n! / (i! (n - i)!) · (n - i)! / ((j - i)! (n - j)!)
= C(n, i) · C(n-i, j-i)
心电图数列 (EKG Sequence) 的定义简单而有趣：第一项为 1 ，第二项为 2 ，以后的每一项都是最小的和前一项不互质并且不曾出现过的数。换句话说，数列 a(1)=1 ， a(2)=2 ，且当 n>2 时取 a(n) 为所有满足以下两个条件的数中最小的那一个：该数与 a(n-1) 有大于 1 的公约数，并且该数与前面 n-1 项都不相等。心电图数列的前面 20 项为
1, 2, 4, 6, 3, 9, 12, 8, 10, 5, 15, 18, 14, 7, 21, 24, 16, 20, 22, 11 ...
为什么它叫做心电图数列呢？原因很简单——因为把它描绘在图象上时，看上去像一张心电图。
刚才在这里看到了如题所说的图像，立即想到用 Mathematica 验证一下。我选出了几个个人比较感兴趣的 k ，再用一句话便可输出所有对应 k 的图像：
kArray = {2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 36, 50};
For[i = 1, i <= Length[kArray], i++,
Export["F:\\" <> ToString[kArray[[i]]] <> ".png",
ArrayPlot[Table[Boole[Length[Divisors[x*y]] == kArray[[i]]], {x, 1, 400}, {y, 1, 400}],
PixelConstrained -> {1, 1}, Frame -> False]]];
当 k=2 时，由于只有素数才有两个约数，因此所有点都是形如 (p, 1) 或者 (1, p) 的点，其中 p 为某个素数：
搞过 OI/ACM 的同学们想必对一道经典题目印象极深：求 n 的阶乘末尾有多少个 0 。注意到末尾的一个 0 是由一个因子 2 和一个因子 5 相乘产生的；但在 n 的阶乘里，因子 5 的个数通常远远少于因子 2 。因此这个问题就等价于问 n 的阶乘里有多少个因子 5 。在 n 的阶乘式中，每个 5 的倍数里都含有一个因子 5 ，每个 25 的倍数里都还含有另外一个因子 5 ，每个 125 的倍数里都还有第三个因子 5 ……因此， n 的阶乘里因子 5 的个数的计算公式就是 ⌊n/5⌋ + ⌊n/25⌋ + ⌊n/125⌋ + ... 。如果把 K 的阶乘里素因子 p 的个数记作 Φ(p, K) ，则 Φ(p, K) = Σ⌊K/(p^i)⌋ 。有意思的是，最近 The American Mathematical Monthly 上的一篇文章利用这个公式瞬间证明了素数无穷多的定理。
如果素数是有限的，则 K 的阶乘就可以写成所有 p^Φ(p, K) 的乘积，其中的 p 取遍所有的素数。注意到 Φ(p, K) = Σ⌊K/(p^i)⌋ < Σ(K/(p^i)) = K/(p-1) < K ，因此对任意正整数 K 都有 K! < (Πp)^K ，其中 Πp 表示所有素数的乘积。但当 K 充分大的时候， K! 显然会超过一个常数的 K 次方，矛盾。因此素数不可能是有限的。
UyHiP上个月的题目：把所有大于 1 的自然数划分成两个集合，证明至少能在其中一个集合里找到互不相同的三个数 a 、 b 、 c 满足 a^b=c 。然后，试着给出一种划分，使得只有其中一个集合里存在这样的三元组。
Update: 后一个问题要求两个集合都是无限集。感谢网友 Triple.J 的提醒。
证明：如果集合 A 里只有有限个数，那就在集合 B 里选两个比集合 A 中的最大数还大的数 a 和 b ，显然 a^b 也在集合 B 里。类似的，若集合 B 里只有有限个数，我们立即可知 A 中存在满足 a^b=c 的三元组。因此，我们只需要讨论两个集合里都有无穷多个数的情况。
从集合 A 里选一个数 x ，从集合 B 里选一个数 y 。无妨假设 xy 在集合 A 中。在集合 A 中选一个比 xy 大的数 r 。由于集合 A 是无限大的，因此这样的数总存在。由于 r 比 xy 大，因此 x 、 y 、 xy 、 r 、 r^x 、 r^(xy) 这六个数两两不同。为了避免在同一集合里出现满足要求的三元组， r^x 和 r^(xy) 都必须在集合B里面，但这样的话， r^x 、 y 和 r^(xy) 就成了符合要求的三元组了。
后一个问题则出奇的简单：把所有素数放进一个集合，所有合数放进另一个集合。显然，一个素数不可能是另一个素数的整数次幂
。
这个月的题目非常有意思，点击这里围观。
问题1： 请找出所有满足a^2 + b^2 = c^2的三元组(a,b,c)，其中a、b、c三个数都是Fibonacci数。
答案： 你被忽悠了。注意到一组勾股数中绝对不可能有相等的数，而对于任意的m < n < p，以Fm、Fn、Fp为边长的三角形都不存在，因为Fm + Fn ≤ Fn-1 + Fn = Fn+1 ≤ Fp始终成立。
问题2： 求以(Fn, Fn+1, Fn+2)、(Fn+3, Fn+4, Fn+5)、(Fn+6, Fn+7, Fn+8)、(Fn+9, Fn+10, Fn+11)为顶点的四面体的体积，其中Fn表示第n个Fibonacci数。
答案： 你又被忽悠了。事实上，这个四面体根本就不存在。事实上，对任意m、n、p、q，以(Fm, Fm+1, Fm+2)、(Fn, Fn+1, Fn+2)、(Fp, Fp+1, Fp+2)、(Fq, Fq+1, Fq+2)为顶点的四面体都不存在，因为它们都落在平面x+y=z上，四个点共面，所构成的四面体体积总为0。
摘录几道题目。
计算1·2^2 + 2·3^2 + 3·4^2 + ... + 19·20^2
原式 = (1^3 + 2^3 + ... + 20^3) - (1^2 + 2^2 + ... + 20^2) = 44100 - 2870 = 41230
求2^x = 3^y - 1的所有正整数解
x=1时(1,1)是一个解；当x>1时，方程模4后左边永远等于0，右边则是(-1)^y - 1，可知y为偶数。令y=2z，那么有2^x = (3^z - 1)(3^z + 1)，这就要求3^z-1和3^z+1都是2的幂；但它们只相差2，因此它们只有可能是2和4，于是z=1，即原方程的另一个解为(3,2)。
圆周上有2008个点。选择两个点连成一条线，再选另外两点连一条线，这两条线段相交的概率为多少？
给定四个点，在三种连接方案中恰有一种会发生相交。取遍所有C(2008,4)种组合，相交的总情况数总是占了1/3，因此所求的概率就是1/3。
小学时经常在计算器上面按12345679这个神秘的8位数。这个数牛就牛在，它乘以9的结果正好等于111111111。你可以在计算器上输好12345679，然后问MM“你的幸运数字是多少”；如果她说“7”，你就在计算器上按“乘以63”，计算器上将会显示出清一色的7字，看上去无比壮观。
假如123456789×9=1111111111的话，我倒不会觉得奇怪。网上流行过一个火星帖子，写了一大堆诸如111111111 * 111111111 = 12345678987654321的式子来展示数学之美，以至于大家会认为123456789×9的结果也一定是一串很有规律的数字。因此，如果我不在这里说一句123456789×9其实并不等于1111111111的话，估计很多人都发现不了问题。事实上，123456789×9=1111111101，偏偏就差一个“1”。而怪就怪在，去掉被除数中的数字“8”，偏偏又有了12345679×9=111111111，一个极其别扭的算式反而得到了完美的结果。不要让你的直觉被数学之美所蒙蔽，数学上有大量出人意料的、看上去很不对称的结论。
为什么偏偏要少一个“8”呢？难道这真的是算术中的一个不可抹去的疤痕？我们急需要寻求一个解释，填补上算术中的这个不和谐的“漏洞”。一种解释是，我们看到了123456789×9=1111111101并不美观，想要对其进行改造，进而得到(123456789+1)*9 = 1111111101+9 = 1111111110，于是(123456789+1)*9/10 = 12345679*9 = 111111111。用这种办法的确可以解释“迷失的8”，不过这个解释并不漂亮。为了寻求一个更好的解释，我们来看一看111111111和9的关系。
Matrix67 |
2010-05-04 12:53 | 
