数学冷知识:不断取英文表达的字符数,最后总会得到数字4

    这道题的答案有几个字母?答案:four。

    有趣的是,这是唯一的答案。如果令函数 f(n) 表示非负整数 n 的英文表达中有多少个字母(不算空格和短横线), n=4 是该函数的唯一不动点。

       n    0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, …
      f(n)  4, 3, 3, 5, 4, 4, 3, 5, 5, 4, 3, …

    事实上, @IanMathmogician 发现了一个更有趣的“数学冷知识”:任取一个 0 到 100 之间的整数 n ,算出这个数的英文表达中的字符个数,再算出所得结果的英文表达的字符数,并这样一直迭代下去,最后总会得到数字 4 。我用 Mathematica 做了一张图片,可以让大家直观地看到,这真的可以说是条条大路通向数字 4 啊。

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千万不要迷信规律:大反例合集

    数学猜想并不总是对的,错误的数学猜想不占少数。关键在于,有时反例太大,找出反例实在是太困难了。这篇日志收集了很多“大反例”的例子,里面提到的规律看上去非常诱人,要试到相当大的数时才会出现第一个反例。

千万不要迷信规律

    圆上有 n 个点,两两之间连线后,最多可以把整个圆分成多少块?

      

    上图显示的就是 n 分别为 2 、 3 、 4 的情况。可以看到,圆分别被划分成了 2 块、 4 块、 8 块。规律似乎非常明显:圆周上每多一个点,划分出来的区域数就会翻一倍。

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今天才知道,空壳星球的内部是没有重力的

    曾经想过要写一篇科幻小说,讲一种生活在空壳星球内表面的文明,如何发现自己的星球是圆的,如何成功地环游世界一周,又如何发现自己其实是在星球的内表面。今天我长出了一口气,幸好当初没写这样的文章,不然就闹笑话了。今天我才知道,空壳星球内部的人是不能居住在星球的内表面的,因为空壳星球内的任意一点都没有重力。

    这其实并不难理解。虽然脚下的土地离你更近,产生的重力作用更显著,但可惜这部分土地并不多。星球的更多部分将会位于你的头上,但可惜它们又离你太远了,影响也不会太大。近的部分太小,大的部分又太远,这两者很可能是一种平衡的状态。

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经典证明:Cantor集中的元素两两相加可以遍历[0,2]

    今天看到一个有趣的证明,来源在这里

      

    Cantor 集是一个简单而又神奇的分形图形。把 [0, 1] 三等分,挖去中间那一段(即挖去 (1/3, 2/3) ),然后把剩下两段也都分别进行三等分,并挖去各自中间的一段。这样无限地进行下去,最后得到的极限点集就是 Cantor 集了(上面那张图不是分割线,是 Cantor 集的一个示意图)。我们通常把 Cantor 集记作 C 。Cantor 集具有很多神奇的性质:它的 Lebesgue 测度为 0,但它却包含有不可数个点;它里面的每个点都不是孤点,但它却又是无处稠密的。你可以在这里看到一些具体的分析。

    Cantor 集还有很多其他的性质。若 A 、 B 是两个集合,定义 A + B = {a + b | a ∈ A 并且 b ∈ B} ,也就是 A 中的某个元素与 B 中的某个元素相加可能得到的所有结果。下面我们将证明,C + C = [0, 2]。

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锈规作图续篇:单用一个只能画单位圆的圆规如何作线段中点

    在这个 Blog 的一篇很老很老的文章里,我曾经讲过一个非常有趣的几何作图问题,这个问题最早是由 D. Pedoe 教授在 1983 年提出的:给定 A 、 B 两点,只用一个生锈的圆规(没有直尺),如何找出一个点 C ,使得 A 、 B 、 C 恰好构成一个等边三角形?所谓“生锈的圆规”,也就是一个被卡住的圆规,它的两脚张角不能改变。我们不妨假设,它只能画出单位大小的圆。1987 年,我国的侯晓荣等人成功地解决了这个问题,并借助复平面理论得到了很多一般的结果,其研究成果《锈规作图论》发表在了《中国科学技术大学学报》上。

    锈规作出等边三角形的方法非常漂亮:利用锈规作图,我们能构造出两点之间由单位长线段构成的折线段,进而实现平行四边形的构造(已知其中三个点,能够只用锈规找出第四个点),进而完成等边三角形的构造。刚才提到的那篇“很老很老的文章”里有详细的描述,继续阅读之前,强烈建议先看一看。

    事实上,D. Pedoe 教授还提过另外一个问题:给定 A 、 B 两点,只用锈规能否作出 A 、 B 连线的中点?注意,由于没有直尺,线段 AB 实际上是画不出的。要想“隔空”找出线段的中点,显然并不容易。

    前几天翻起张景中的《数学家的眼光》,就是为了查阅这个问题的解决方法。《数学家的眼光》一书中详细描述了锈规作图找中点的方法,在这里和大家分享。

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