Переносимое целое число - Transposable integer

Цифры некоторых конкретных целых чисел переставляются или сдвигаются циклически, когда они умножаются на число n . Примеры:

  • 142857 × 3 = 428571 (циклический сдвиг на одну позицию влево)
  • 142857 × 5 = 714285 (циклический сдвиг на одно место вправо)
  • 128205 × 4 = 512820 (циклический сдвиг на одну позицию вправо)
  • 076923 × 9 = 692307 (циклический сдвиг на два места влево)

Эти конкретные целые числа, известные как переносимые целые числа , могут быть, но не всегда, циклическими числами . Характеристика таких чисел может быть выполнена с использованием повторяющихся десятичных знаков (и, следовательно, связанных дробей) или напрямую.

Общее

Для любого целого числа, взаимно простого с 10, его обратным значением является повторяющееся десятичное число без каких-либо неповторяющихся цифр. Например , +1 / +143 = 0. 006993 006993 006993 ...

Хотя выражение одной серии с винкулумом наверху является адекватным, цель приведенного выше выражения - показать, что шесть циклических перестановок 006993 могут быть получены из этого повторяющегося десятичного числа, если мы выберем шесть последовательных цифр из повторяющегося десятичного разделителя, начиная с разных цифры.

Это показывает, что циклические перестановки каким-то образом связаны с повторяющимися десятичными знаками и соответствующими дробями.

Наибольший общий делитель (GCD) между любой циклической перестановкой в м -значных целом и 10 м  - 1 постоянен. Выражаясь формулой,

где N - m- значное целое число; и N с какой - либо циклической перестановкой N .

Например,

   gcd(091575, 999999) = gcd(32×52×11×37, 33×7×11×13×37)
                       = 3663
                       = gcd(915750, 999999)
                       = gcd(157509, 999999)
                       = gcd(575091, 999999)
                       = gcd(750915, 999999)
                       = gcd(509157, 999999)

Если N является m- значным целым числом, число N c , полученное циклическим сдвигом N влево, можно получить из:

где d - первая цифра N, а m - количество цифр.

Это объясняет вышеуказанный общий gcd, и это явление верно для любой базы, если 10 заменить на b , базу.

Таким образом, циклические перестановки связаны с повторяющимися десятичными знаками, соответствующими дробями и делителями 10 м -1. Например, дроби, связанные с вышеуказанными циклическими перестановками, таковы:

  • 091575 / 999999 , +915750 / 999999 , 157509 / 999999 , 575091 / 999999 , 750 915 / 999999 , и пятьсот девять тысяч сто пятьдесят-семь / 999999 .

Уменьшенные до самых низких значений с использованием общего gcd, они:

  • 25 / 273 , 250 / 273 , 43 / 273 , 157 / 273 , 205 / 273 и 139 / 273 .

То есть, эти дроби, если они выражены наименьшим числом , имеют один и тот же знаменатель. Это верно для циклических перестановок любого целого числа.

Метод фракции

Интегральный множитель

Под интегральным множителем понимается, что множитель n является целым числом:

  1. Целое число X циклически сдвигается вправо на k позиций, когда оно умножается на целое число n . Х затем повторяющиеся цифры 1 / F , в результате чего Р является Р 0 = п  10 к - 1 ( F 0 является взаимно просты до 10), или фактор F 0 ; исключая любые значения F , не превышающие n .
  2. Целое число X циклически сдвигается влево на k позиций, когда оно умножается на целое число n . Х затем повторяющиеся цифры 1 / F , в результате чего Р является Р 0 = 10 к - п , или фактор F 0 ; исключая любые значения F , не превышающие n и не взаимно простые с 10.

Это необходимо для F , чтобы быть взаимно прост до 10 , с тем , что 1 / F является повторение десятичного без каких - либо предшествующих неповторяющихся цифр (см нескольких секций Повторяя десятичный ). Если есть цифры, не входящие в точку, то соответствующего решения нет.

Для этих двух случаев, кратные X , т.е. ( J X ) также являются решениями при условии , что целое число I удовлетворяет условию п J / F <1. Чаще всего это удобно выбрать наименьшее F , который соответствует выше. Решения можно выразить формулой:

где р является длина периода 1 / F ; и F является множителем F 0, взаимно простым с 10.
Например, F 0 = 1260 = 2 2 × 3 2 × 5 × 7. Множители, исключая 2 и 5, преобразовываются в F = 3 2 × 7 = 63. В качестве альтернативы вычеркните все конечные нули из 1260, чтобы получилось 126, затем разделите это на 2 (или 5) итеративно, пока частное не перестанет делиться на 2 (или 5). Результат также F = 63.

Чтобы исключить целые числа, начинающиеся с нулями решений, выберите целое число J такое , что J / F > +1 / 10 , т.е. J > F / 10 .

При n > F решения нет .

Дробный множитель

Целое число , Х сдвиг влево циклически K позиции , когда она умножается на долю п / сек . Х затем повторяющиеся цифры с / F , в результате чего Р является Р 0 = S 10 к - п , или фактор F 0 ; и F должно быть взаимно просто с 10.

Для этого третьего случая, кратные X , т.е. ( J X ) снова решения , но условие будет выполнено для целого J является то , что п J / F <1. Опять же удобно выбрать наименьшее F , который соответствует выше.

Решения можно выразить формулой:

где p определяется аналогично; и F делают взаимно простым с 10 тем же способом, что и раньше.

Чтобы исключить целые числа, начинающиеся с нулями решений, выберите целое число J такое , что J s / F > 1 / 10 , т.е. J > F / 10 с .

Опять же, если Дж с / F > 1, нет никакого решения.

Прямое представительство

Подход прямой алгебры к приведенным выше случаям интегрального множителя приводит к следующей формуле:

  1. где т есть число цифр X и D , то к -значное число смещается от нижнего конца X в высоком конце п X , удовлетворяет D <10 K .
    Если цифры не должны иметь ведущие нули, то п  10 к  - 1D .
  2. где т есть число цифр X и D , то к -значное число смещается от высокого конца X в нижний конец п X , удовлетворяет:
    1. и 10-часть (продукт из слагаемых , соответствующих простых чисел 2 и 5 факторизации ) 10 к  -  п делит D .
      Десятичная часть целого числа t часто сокращается
    Если цифры не должны иметь ведущие нули, то 10 K  - 1D .

Циклическая перестановка умножением

Деление 1 на 7 в столбик дает:

        0.142857...
    7 ) 1.000000
         .7
          3
          28
           2
           14
            6
            56
             4
             35
              5
              49
               1

На последнем шаге снова появляется 1 как остаток. Циклические остатки равны {1, 3, 2, 6, 4, 5}. Мы перепишем частные с соответствующими дивидендами / остатками над ними на всех этапах:

    Dividend/Remainders    1 3 2 6 4 5
    Quotients              1 4 2 8 5 7

а также обратите внимание, что:

  • 17 = 0,142857 ...
  • 37 = 0,428571 ...
  • 27 = 0,285714 ...
  • 67 = 0,857142 ...
  • 47 = 0,571428 ...
  • 57 = 0,714285 ...

Таким образом, наблюдая остатки на каждом шаге, мы можем выполнить желаемую циклическую перестановку умножением. Например,

  • Целое число 142857, соответствующее остатку 1, переставляется в 428571 при умножении на 3, соответствующий остаток от последнего.
  • Целое число 142857, соответствующее остатку 1, переставляется в 857142 при умножении на 6, соответствующий остаток от последнего.
  • Целое число 857142, что соответствует 6 остатка, переставляет до 571428 при умножении на 5 / 6 ; т.е. делится на 6 и умножается на 5, получается соответствующий остаток от последнего.

Таким образом, может выполняться циклический сдвиг влево или вправо на любое количество позиций.

Что менее важно, эту технику можно применить к любому целому числу для циклического сдвига вправо или влево на любое заданное количество мест по следующей причине:

  • Каждую повторяющуюся десятичную дробь можно выразить как рациональное число (дробь).
  • Каждое целое число, при добавлении с десятичной точкой перед и сцепляются с собой бесконечное число раз, можно преобразовать в дробь, например , мы можем преобразовать 123456 таким образом , чтобы 0.123456123456 ..., который , таким образом , могут быть преобразованы в фракцию 123 456 / 999999 . Эту дробь можно еще больше упростить, но здесь этого делать не будем.
  • Чтобы переставить целое число 123456 до 234561, все , что нужно сделать , это умножить 123456 на 234561 / 123456 . Это выглядит как обман , но если 234561 / 123456 представляет собой целое число (в данном случае это не так ), миссия завершена.

Доказательство формулы для циклического переключения вправо

Целое число X циклически сдвигается вправо на k позиций, когда оно умножается на целое число n . Докажите его формулу.

Доказательство

Сначала узнайте, что X - это повторяющиеся цифры повторяющейся десятичной дроби , которая всегда имеет циклическое поведение при умножении. Тогда целое число X и его кратное n X будут иметь следующие отношения:

  1. Целое число , Х представляет повторяющиеся цифры фракции 1 / F , скажем , д р д р-1 ... d 3 d 2 d 1 , где d р , д р-1 , ..., d 3 , d 2 и каждый d 1 представляет собой цифру, а p - количество цифр.
  2. Кратно п х , таким образом , повторяющиеся цифры дроби п / Р , скажем д к д к-1 ... d 3 d 2 d 1 d р д р-1 ... d к + 2 д к + 1 , представляющий результаты после правого циклического сдвига k позиций.
  3. Р должны быть взаимно просты до 10 , так что при 1 / Р выражается в десятичной системе нет никаких предшествующих неповторяющихся цифр в противном случае повторения десятичные не не обладают циклическим поведением в умножении.
  4. Если первый остаток берется п , то 1 должен быть ( к + 1) -й остаток в конечном делении на п / F для того , чтобы эта циклическая перестановка иметь место.
  5. Для того чтобы n × 10 k = 1 (mod F ), тогда F должно быть либо F 0 = ( n × 10 k - 1), либо множителем F 0 ; но исключая любые значения, не превышающие n, и любое значение, имеющее нетривиальный общий множитель с 10, как показано выше.

Это завершает доказательство.

Доказательство формулы для циклической работы левой смены

Целое число X циклически сдвигается влево на k позиций, когда оно умножается на целое число n . Докажите его формулу.

Доказательство

Сначала узнайте, что X - это повторяющиеся цифры повторяющейся десятичной дроби , которая всегда имеет циклическое поведение при умножении. Тогда целое число X и его кратное n X будут иметь следующие отношения:

  1. Целое число , Х представляет повторяющиеся цифры фракции 1 / F , скажем , д р д р-1 ... d 3 d 2 d 1 .
  2. Кратно п х , таким образом , повторяющиеся цифры дроби п / Р , скажем , д р-к д п-к-1 ... d 3 d 2 d 1 d р д р-1 ... d п-к + 1 ,

который представляет результаты после циклического сдвига влево на k позиций.

  1. Р должны быть взаимно просты до 10 таким образом , что 1 / Р имеет никакого предшествующего неповторяющиеся цифры в противном случае повторения десятичное не обладает циклическим поведением при умножении.
  2. Если первый остаток принимается за 1 , то п должно быть ( к + 1) -й остаток в конечном делении на 1 / F для того , чтобы эта циклическая перестановка иметь место.
  3. Для того чтобы 1 × 10 k = n (режим F ), тогда F должно быть либо F 0 = (10 k - n ), либо коэффициентом F 0 ; но исключая любое значение, не превышающее n , и любое значение, имеющее нетривиальный общий множитель с 10, как было установлено выше.

Это завершает доказательство. Доказательство для нецелого множителя , таких как п / с может быть получено аналогичным образом , и здесь не документируется.

Циклический сдвиг целого числа

Перестановки могут быть:

  • Циклическое переключение вправо на одну позицию ( паразитные числа );
  • Циклическое переключение вправо на двойное положение;
  • Циклическое переключение вправо на любое количество позиций;
  • Циклическое переключение влево на одну позицию;
  • Циклическое переключение влево на двойное положение; и
  • Циклическое переключение влево на любое количество позиций

Паразитарные числа

Когда паразитное число умножается на n, оно не только демонстрирует циклическое поведение, но и перестановка такова, что последняя цифра паразитного числа теперь становится первой цифрой кратного. Например, 102564 х 4 = 410256. Следует отметить , что это 102564 повторяющиеся цифры 4 / 39 и 410256 повторяющиеся цифры 16 / 39 .

Циклическое переключение вправо на двойное положение

Целое число X циклически сдвигается вправо на двойные позиции, когда оно умножается на целое число n . Х затем повторяющиеся цифры 1 / F , в результате чего Р = п × 10 2 - 1; или его фактор; но исключая значения , для которых 1 / Р имеет длину периода , разделяющую 2 (или, что то же самое, менее 3); и F должно быть взаимно просто с 10.

Чаще всего удобно выбирать самую маленькую F, которая подходит к вышеперечисленным.

Резюме результатов

Следующее умножение перемещает последние две цифры каждого исходного целого числа в первые две цифры и сдвигает все остальные цифры вправо:

Множитель n Решение Представлена Другие решения
2 0050251256 2814070351 7587939698 4924623115 5778894472 3618090452 2613065326 6331658291 4572864321 608040201 1 / 199 х 2 = 2 / 199

период = 99, т.е. 99 ​​повторяющихся цифр.

2 / 199 , 3 / 199 , ..., +99 / 199
3 0033444816 0535117056 8561872909 6989966555 1839464882 9431438127 090301 1 / 299 х 3 = 3 / 299

период = 66

299 = 13 × 23

2 / 299 , +3 / 299 , ..., +99 / 299

некоторые особые случаи показаны ниже

3 076923 1 / 13 х 3 = 3 / 13

период = 6

2 / 13 , 3 / 13 , 4 / 13
3 0434782608 6956521739 13 1 / 23 х 3 = 3 / 23

период = 22

2 / 23 , +3 / 23 , ..., +7 / 23
4 0025062656 64160401 1 / 399 х 4 = 4 / 399

период = 18

399 = 3 × 7 × 19

2 / 399 , 3 / 399 , ..., 99 / 399

некоторые особые случаи показаны ниже

4 142857 1 / 7 х 4 = 4 / 7

период = 6

-
4 0526315789 47368421 1 / 19 х 4 = 4 / 19

период = 18

2 / 19 , 3 / 19 , 4 / 19
5 ( циклическое число с периодом 498) 1 / 499 х 5 = 5 / 499

499 - простое число с полным повторением

2 / 499 , +3 / 499 , ..., 99 / 499

Обратите внимание, что:

  • 299 = 13 х 23, и период 1 / 299 точно определяется по формуле, LCM (6, 22) = 66, в соответствии с Повторяя десятичной # обобщении .
  • 399 = 3 х 7 х 19, и период 1 / 399 точно определяется по формуле, LCM (1, 6, 18) = 18.

Есть много других возможностей.

Циклическое переключение влево на одну позицию

Проблема: целое число X сдвиг влево циклически одной позиции , когда она умножается на 3. Найдите X .

Решение: сначала узнайте, что X - это повторяющиеся цифры повторяющейся десятичной дроби , которая всегда проявляет интересное циклическое поведение при умножении. Тогда целое число X и его кратное будут иметь следующие отношения:

  • Целое число , Х представляет повторяющиеся цифры фракции 1 / F , скажем AB *** .
  • Множественное Таким образом , повторяющиеся цифры фракции 3 / F , скажем , б *** и .
  • Для того , чтобы этой циклической перестановкой иметь место, то 3 должен быть следующий остаток в конечном делении на 1 / F . Таким образом, F должно быть 7, поскольку 1 × 10 ÷ 7 дает остаток 3.

Это дает следующие результаты:

X = повторяющиеся цифры 1 / 7
= 142857, и
множественные = 142857 × 3 = 428571, повторяющиеся цифры 3 / 7

Другое решение представлено 2 / 7 х 3 = 6 / 7 :

  • 285714 х 3 = 857142

Других решений нет, потому что:

  • Целое число п должен быть последующим остатком в течение длительного разделения фракции 1 / F . Принимая во внимание , что п = 10 - Р и Р взаимно прост с 10 для того , чтобы 1 / F , чтобы быть повторением десятичное, то п должно быть не менее 10.
  • Для п = 2, F должна быть не менее 10 - 2 = 8. Тем не менее 1 / 8 не создает повторяющуюся десятичной, аналогично для п = 5.
  • Для п = 7, Р должно быть не менее 10 - 7 = 3. Однако 7> 3 и 7 / 3 = 2,333> 1 и не соответствует цели.
  • Точно так же нет решения для любого другого целого числа n меньше 10, кроме n = 3.

Однако, если множитель не ограничен целым числом (хотя и уродливым), есть много других решений из этого метода. Например, если целое число Х сдвиг вправо циклически одной позиции , когда она умножается на 3 / 2 , а затем 3 должен быть следующий остаток от 2 в течение длительного разделения фракции 2 / F . Это делает вывод , что Р = 2 х 10 - 3 = 17, что дает X в качестве повторяющихся цифр 2 / 17 , т.е. 1176470588235294, а его кратное 1764705882352941.

Ниже приведены некоторые результаты, полученные таким образом:

Множитель n / s Решение Представлена Другие решения
12 105263157894736842 2 / 19 × 1 / 2 = 1 / 19

2- паразитарное число

Другие 2-паразитарные числа:

4 / 19 , 6 / 19 , 8 / 19 , 10 / 19 , 12 / 19 , 14 / 19 , 16 / 19 , 18 / 19

32 1176470588235294 2 / 17 × 3 / 2 = 3 / 17 4 / 17 , 6 / 17 , 8 / 17 , 10 / 17
72 153846 2 / 13 × 7 / 2 = 7 / 13 -
92 18 2 / 11 × 9 / 2 = 9 / 11 -
73 1304347826086956521739 3 / 23 × 7 / 3 = 7 / 23 6 / 23 , 9 / 23 , 12 / 23 , 15 / 23 , 18 / 23 , 21 / 23
194 190476 4 / 21 × 19 / 4 = 19 / 21 -

Циклическое переключение влево на двойное положение

Целое число X циклически сдвигается влево на двойные позиции, когда оно умножается на целое число n . Х затем повторяющиеся цифры 1 / F , в результате чего Р является R = 10 2 - п, или фактор R ; за исключением значений F , для которых 1 / Р имеет длину периода , разделяющую 2 (или, что то же самое, менее чем 3); и F должно быть взаимно просто с 10.

Чаще всего удобно выбирать самую маленькую F, которая подходит к вышеперечисленным.

Резюме результатов

Ниже приведены некоторые результаты, полученные таким образом, где пробелы между цифрами разделяют цифры на группы из 10 цифр:

Множитель n Решение Представлена Другие решения
2 142857 1 / 7 × 2 = 2 / 7 2 / 7 , 3 / 7
3 0103092783 5051546391 7525773195 8762886597 9381443298 9690721649 4845360824 7422680412 3711340206 185567 1 / 97 х 3 = 3 / 97 2 / 97 , 3 / 97 , 4 / 97 , 5 / 97 , ...., 31 / 97 , 32 / 97
4 Нет решения - -
5 0526315789 47368421 1 / 19 х 5 = 5 / 19 2 / 19 , 3 / 19
6 0212765957 4468085106 3829787234 0425531914 893617 1 / 47 х 6 = 6 / 47 2 / 47 , 3 / 47 , 4 / 47 , 5 / 47 , 6 / 47 , 7 / 47
7 0322580645 16129 1 / 31 х 7 = 7 / 31 2 / 31 , 3 / 31 , 4 / 31

1 / 93 , 2 / 93 , 4 / 93 , 5 / 93 , 7 / 93 , 8 / 93 , 10 / 93 , 11 / 93 , 13 / 93

8 0434782608 6956521739 13 1 / 23 х 8 = 8 / 23 223
9 076923 1 / 13 х 9 = 9 / 13 1 / 91 , 2 / 91 , 3 / 91 , 4 / 91 , 5 / 91 , 6 / 91 , 8 / 91 , 9 / 91 , 10 / 91
10 Нет решения - -
11 0112359550 5617977528 0898876404 4943820224 7191 1 / 89 х 11 = 11 / 89 2 / 89 , 3 / 89 , 4 / 89 , 5 / 89 , 6 / 89 , 7 / 89 , 8 / 89
12 Нет решения - -
13 0344827586 2068965517 24137931 1 / 29 х 13 = 13 / 29 229

1 / 87 , 2 / 87 , 4 / 87 , 5 / 87 , 6 / 87

14 0232558139 5348837209 3 1 / 43 х 14 = 14 / 43 2 / 43 , 3 / 43
15 0588235294 117647 1 / 17 х 15 = 15 / 17 -

Другие базы

В двенадцатеричной системе можно использовать следующие транспонируемые целые числа: (используя перевернутые два и три для десяти и одиннадцати, соответственно)

Множитель n Наименьшее решение такое, что при умножении последняя цифра перемещается влево Цифры Представлена Наименьшее решение, при котором первая цифра при умножении перемещается вправо Цифры Представлена
2 06316948421 Ɛ 1 / х 2 = 2 / 2497 4 1 / 5 х 2 = 2 / 5
3 2497 4 1 / 5 х 3 = 3 / 5 нет решения
4 0309236 ᘔ 8820 61647195441 1 / х 4 = 4 / нет решения
5 025355 ᘔ 94330 73 ᘔ 458409919 Ɛ7151 25 1 / х 5 = 5 / 186 ᘔ 35 6 1 / 7 х 5 = 5 / 7
6 020408142854 ᘔ 997732650 ᘔ 1 83469163061 1 / х 6 = 6 / нет решения
7 01899,864406 Ɛ33ᘔᘔ 1542391 374594930525 5Ɛ171 35 год 1 / х 7 = 7 / нет решения
8 076Ɛ45 6 1 / 17 х 8 = 8 / 17 нет решения
9 014196486344 59,9384,26,5 33040547216 ᘔ 1155,3,12978 ᘔ 3991 45 1 / х 9 = 9 / нет решения
08579214–364 29–7 14 1 / 15 х ᘔ = / 15 нет решения
Ɛ 011235930336 ᘔ 53909 ᘔ873Ɛ3 25819Ɛ997505 5Ɛ54ᘔ 3145 ᘔ 42 694157078404 491Ɛ1 55 1 / ᘔƐ х ɛ = ɛ / ᘔƐ нет решения

Обратите внимание, что задача «Циклический сдвиг влево на одну позицию» не имеет решения для множителя меньше 12, кроме 2 и 5, та же проблема в десятичной системе не имеет решения для множителя меньше 10, кроме 3.

Ноты

  1. ^ П. Ю, k-перемещаемые вправо целые числа, глава 18.1 «Развлекательная математика»

Ссылки

  • П. Ю, k-перемещаемые вправо целые числа, k-перемещаемые влево целые числа Глава 18.1, 18.2 стр. 168/360 в «Рекреационной математике», https://web.archive.org/web/20090901180500/http:/ /math.fau.edu/Yiu/RecreationalMat Mathematics2003.pdf
  • CA Pickover , Чудеса чисел , глава 28, Oxford University Press UK, 2000.
  • Слоан, Н. Дж. А. (ред.). «Последовательность A092697 (Для 1 <= n <= 9, a (n) = наименьшее число m такое, что произведение n * m получается просто путем сдвига крайней правой цифры m в левый конец)» . Он -лайн энциклопедия целочисленных последовательностей . Фонд OEIS.
  • Гарднер, Мартин. Математический цирк: больше головоломок, игр, парадоксов и других математических развлечений от журнала Scientific American. Нью-Йорк: Математическая ассоциация Америки, 1979. С. 111–122.
  • Кальман, Дэн; «Дроби с циклическими схемами цифр» The College Mathematics Journal, Vol. 27, No. 2. (март, 1996), стр. 109–115.
  • Лесли, Джон. «Философия арифметики: демонстрация прогрессивного взгляда на теорию и практику…» , Лонгман, Херст, Рис, Орм и Браун, 1820, ISBN  1-4020-1546-1
  • Уэллс, Дэвид; " Словарь любопытных и интересных чисел Penguin " , Penguin Press. ISBN  0-14-008029-5