Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

О ПЕРИОДИЧНОСТИ ЧИСЕЛ НАТУРАЛЬНОГО РЯДА

В. МАНТУРОВ, инженер, физик.

Одна из старейших рубрик журнала - "Математические досуги" - вот уже несколько десятилетий вызывает интерес читателей. Каждая из опубликованных в ней заметок - "Число года", "Игра Ландау в номера", "Признаки делимости" и многие другие - неизменно вызывала поток писем с дополнениями, комментариями, решениями и новыми задачами. Будучи хорошим упражнением для ума и развития творческих способностей, они порой открывают и неожиданные закономерности в знакомой с детства элементарной математике, как, например, заметка "Арифметические аттракторы" (см. "Наука и жизнь" № 9, 2000 г.). Иногда интересная задача рождается как своего рода побочный результат какого-то исследования. Именно так пришел к своему варианту "решета Эратосфена" Василий Васильевич Мантуров из города Пушкино Московской области. (Напомним, что греческий математик Эратосфен предложил находить простые числа, записывая числовой ряд на полоске пергамента и последовательно вырезая из него числа, делящиеся на 2, 3, 5 и т. д. Получалось "решето", через отверстия которого "выпадали" все составные числа.) Работа, проделанная В. Мантуровым, гораздо сложнее, чем требуется для решения большинства задач рубрики. Тем интереснее результат, им полученный.

Как-то автору этих строк пришлось решать задачу об определении кулоновской энергии кубической решетки кристалла типа NaCl. Суть метода состояла в определении числа одинаковых (с учетом возникающих вариантов) сумм квадратов трех чисел. И при его разработке удалось обнаружить ряд любопытных закономерностей.

1. Если члены натурального ряда последовательно представлять в виде суммы трех квадратов чисел (включая нули), обнаруживаются числа, которые в такой форме представить нельзя. Их я назвал пустыми.

2. "Пустые" числа чередуются, повторяясь, начиная с группы 7, 15, 23, 28, 31, через каждые 32 члена ряда с той же периодичностью.

3. Натуральный ряд, представленный в виде таблицы с периодом 32, будет содержать все "пустые" числа только в пяти столбцах, расположенных под указанными выше номерами.

4. Со столбцами "пустых" чисел соседствуют столбцы чисел, отличающиеся от них на единицу. Это наглядно подтверждает теорему Лагранжа, согласно которой любое число натурального ряда можно представить в виде суммы не более четырех квадратов чисел.

5. С открывшейся периодичностью оказалось связано и распределение простых чисел (отмечены кружками). Столбцы, в которых они присутствуют, перемежаются столбцами, где простых чисел нет (исключение составляет третий столбец, куда затесалась 2). Кроме того, в таблице простые числа образовали своеобразные "диагонали" - линии, идущие параллельно. Вне этих столбцов и линий их нет в принципе.

6. Более половины этих диагоналей составляют парные линии, часть простых чисел на которых оказывается практически рядом. Они издавна называются "близнецами"; их разность во многих случаях равна 2 (например, 17 и 19, 71 и 73, 347 и 349 и т. д.).

7. Таблица с диагоналями представляет собой своеобразный вариант решета Эратосфена, хотя и не может конкурировать с ним по тщательности отсева простых чисел. Тем не менее она обладает эмпирической наглядностью и несомненно может оказаться полезной для поиска новых закономерностей в теории чисел.

8. Нетрудно усмотреть и еще одну особенность таблицы: все числа, равные 2n, где n = 5, 6, 7 …, находятся в первом столбце, начиная со второй строки.

9. Числа натурального ряда, представляющие собой квадрат одного числа (выделены квадратиками), располагаются в семи столбцах, в каждом из которых наблюдаются свои закономерности их построения, порой весьма экзотичные. Для наглядности часть их вынесена в отдельную таблицу.

Любители математики могут попытаться отыскать закономерности построения таблицы, не отмеченные автором, например в распределении чисел - полных кубов (отмечены треугольниками). Интересно было бы также рассмотреть аналогичную задачу о сумме двух квадратов чисел, где тоже нашлось бы немало интересного.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Математические досуги»

PDF-файл

Загрузить