완벽한 디지털 불변제

Perfect digital invariant

숫자 이론에서 완벽한 디지털 불변제(PDI)는 주어진 숫자 베이스( )에 있는 숫자로, 각각 주어진 전력으로 상승된 자체 자릿수의 합이다( p[1][2]

정의

을(를) 자연수가 되게 하라. > 1 pp > p> , { {에 대한 완벽한 디지털 불변함수행복함수라고도 함수)는 다음과 같이 정의된다.

여기서 = b + {\}\ loor b

숫자의 각 자릿수 값이다.A natural number is a perfect digital invariant if it is a fixed point for , which occurs if . and are trivial perfect digital invariants for all 다른 모든 완벽한 디지털 불변제는 비독점적인 완벽한 디지털 불변성이다.

예를 들어 = 의 숫자 4150은 = 을(를) 가진 완벽한 디지털 불변수인데 = 4+ + + + + 5 + 5 }+5^{5}+0^{5}{5}}{5}}}}}}{5}+05

A natural number is a sociable digital invariant if it is a periodic point for , where for a positive integer (here is the 를) 하고 k 주기를 형성한다 완벽한 디지털 불변제는 = 원만한 디지털 불변제= 의 사교적인 디지털 불변량이다

모든 자연수 은(는) 베이스에 관계없이 , 에 대한 사전 주기적 지점이다This is because if , , so any will satisfy until . + 1 b보다 적은 수의 자연수가 있기 때문에 주기적인 지점 또는 + 1 보다 적은 고정된 지점에 도달하는 것이 보장되어 있어periodic point가 된다

base > > p 의 숫자들은 n( )p + ( 1) p}}}}}의 고정 또는 주기적인 점으로 이어진다

증명

> 인 경우 n < b+ } 바인딩을 줄일 수 있다. 을(를) 보다 작은 숫자 중에서 자릿수 제곱합이 가장 큰 숫자로 한다

because

은(는) 숫자 제곱합이 + 1) (-1 ) p {\b-1)^{보다 작은 숫자 중에서 가장 큰 숫자로 한다

, () = + ( - ) < p > p p}}}}}}}.

을(를) p 보다 작은 숫자 중에서 자릿수 제곱합이 가장 큰 숫자로 한다

을(를) p, b( t)+ 1 보다 작은 숫자 중에서 자릿수 합계가 가장 큰 숫자로 한다

.따라서 b> p> {\ b}의 는 n Fp ( )=( - )p+ (- ) )^{

, b 이(가) 고정 지점에 도달하는 데 필요한 반복 의 수는 완벽한 디지털 불변함수의 인 n 이고 고정점에 도달하지 않는 경우 정의되지 않은 것이다.

, 자릿수 합이다.완벽한 디지털 불변제는 b b에 있는 한 자리 숫자뿐이며 프라임 기간이 1보다 큰 주기적인 점은 없다.

, }}: power p = 0 0 = 1 로 감소한다

모든 자연수 k대리자;1{\displaystyle k> 1}, p<>b{\displaystyle p<, b},(b− 1)≡ 0모드 k{\displaystyle(b-1)\equiv 0{\bmod{k}}}과(p1−)≡ 0modϕ(k){\displaystyle(p-1)\equiv 0{\bmod{\phi}}(k)}, 그러면 모든 자연수 n{n\displaystyle}, 만약 n≡ m모드.k{\diF , ( ) { 여기서 where(오일러의 토텐셜 함수다.

증명

내버려두다

자리수를 가진 자연수로서, 서 0 d< > b 0(- 1) 여기서 k 1보다 큰 자연수이다.

b 기준 구분 규칙에 따르면 - 0 k{\ digit sum을 합한 경우

If a digit , then . According to Euler's theorem, if , . Thus, if the digit sum , then .

어떤 자연수 k{k\displaystyle}그러므로, 만약 p<>b{\displaystyle p<, b},(b− 1)≡ 0모드 k{\displaystyle(b-1)\equiv 0{\bmod{k}}}과(p1−)≡ 0modϕ(k){\displaystyle(p-1)\equiv 0{\bmod{\phi}}(k)}, 그러면 모든 자연수 n{n\displaystyle}, 만약 n≡ m모드 k.{ F , ( ) m{k

주어진 베이스와 임의의 전력에서 완벽한 디지털 불변기의 크기에 대해서는 어떠한 상한도 결정할 수 없으며, 임의의 베이스에 대한 완벽한 디지털 불변기의 수가 유한한지 무한인지는 현재 알려져 있지 않다.[1]

'F2,b'

정의에 따르면 모든 세 자리 숫자의 완벽한 디지털 고정 nxdF2, b{\displaystyle F_{2,b}}에 대한 자연스러운 번호 숫자가 2d1d0{\displaystyle n=d_{2}d_{1}d_{0}}0≤ d0<>b{\displaystyle 0\leq d_{0}<, b}, 0≤ d1<>b{\displaystyle 0\leq d_{1}<, b}, 0≤ d2<>b{.0\displaystyle입방체 디오판틴 방정식 + = d + b+ d }을 충족해야 한다.}^{2}=d_{2}b^{2}+d_{1}b+d_{0}}. d2{\displaystyle d_{2}}0또는 1어떤 b>에 동일한 것으로;2{\displaystyle b>2}, 때문에 최대 값 n{n\displaystyle}을 가질 수 있다.)n은(2− 1)2+2(b− 1)2=1+2(b− 1)2<>2b2{\displaystyle n=(2)^{2}(b-1)^ᆷ=1+2(b-1)^{2}&l.t;2b^{2}}.그 결과 실제로 해결해야 할 관련 2차적 디오판타인 방정식은 다음과 같이 두 가지가 있다.

때 d =
2= 1

두 자릿수의 자연수 = 1 0 은(는) 베이스에 완벽한 디지털 불변제다.

이는 d = 0 인 첫 번째 사례를 들어 을(를) 해결함으로써 증명할 수 있다어떤 기지에 이 d0의 값이{\displaystyle d_{0}}와 삭제 1{\displaystyle d_{1}}, n{n\displaystyle}은 완전한 디지털 invariant, d0(d0− 1){\displaystyle d_{0}(d_{0}))의 d1{\displaystyle d_{1}}가 아니다 제수}. 게다가, d01{년.출신의. 왜냐하면 0 = {\ d0 = {\ = {\= 0 1

There are no three-digit perfect digital invariants for , which can be proven by taking the second case, where , and letting and .그러면 세 자리수의 완벽한 디지털 불변제를 위한 디오판틴 방정식이 된다.

( + )> 의 모든 값에 2a_{1}\ b따라서 디오판타인 방정식에 대한 해법은 없으며, 2, 스타일 에 대한 세 자리수의 완벽한 디지털 불변제는 없다

F3,b

단결 후 단 4개의 숫자가 있는데, 이 숫자는 숫자의 정육면체의 합이다.

이것들은 퍼즐 칼럼에 매우 적합하고 아마추어를 즐겁게 할 것 같은 이상한 사실들이지만, 수학자의 흥미를 끄는 것은 아무것도 없다.(OEIS에서 시퀀스 A046197)
G. H. Hardy, A Mathematician's Apology

정의에 의해, F3에 자연수에 어떤 네 자릿수의 완벽한 디지털 고정 n{n\displaystyle}, b{\displaystyle F_{3,b}}숫자 0≤ d0<>b{\displaystyle 0\leq d_{0}<, b}, 0≤ d1<>b{\displaystyle 0\leq d_{1}<, b}, 0≤ d2<>b{\displaystyle 0\leq d_{2}<, b}, 0≤. d3<>b{\di.은(는) 쿼티크 디오판타인 0 + + 3 = b + + + d + d 0 + 0 }^}+을 충족해야 한다.}^{3}=d_{3}b^{3}+d_{2}b^{2}+d_{1}b+d_{0}}. d3{\displaystyle d_{3}}0,1,2어떤 b>에 동일한 것으로 3{\displaystyle b> 3}, 때문에 n{n\displaystyle}를 취할 수 있는 최대 값 n=(3− 2)3+3(b− 1)3=1+3(b− 1)3<3b3{\displaystyle n=(3대 2로)^{3}(b-1)^{3}=1+다.3(b-1)^{3 그 결과 실제로 3개의 관련 입방체 디오판틴 방정식이 해결된다.

= 0
3 = {\}
일 때 d = 2 2}

번째 사례로, 여기서 3= 을(를) 들 수 있다

b = 3k + 1

을(를) 양의 정수로 하고 숫자 = + 1}을를) 두십시오다음:

  • = k + (2 + ) 2k는 모든 {\ k에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다
증명

Let the digits of be , , and .그러면

}은(는)모든 k {\ F ,b{\,b에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다

  • = + ( + 1) + }은는) 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다
증명

Let the digits of be , , and .그러면

따라서 대해 F ,b{\,b에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다

  • =( + 1) +(2 + 1) )은(는) k 완벽한 디지털 불변제 입니다
증명

Let the digits of be , , and .그러면

F 3, b {\ 모든 k에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다

완벽한 디지털 불변제
1 4 130 131 203
2 7 250 251 305
3 10 370 371 407
4 13 490 491 509
5 16 5B0 5B1 60B
6 19 6D0 6D1 70D
7 22 7층 7층 1층 80F
8 25 8H0 8H1 90H
9 28 9J0 9J1 A0J

b = 3k + 2

을(를) 양의 정수로 하고 숫자 = + }을를) 두십시오다음:

  • = 2+ ( + 1) 는) 대한 완벽한 디지털 입니다
증명

Let the digits of be , , and .그러면

}은(는)모든 k {\ F ,b{\,b에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다

완벽한 디지털 불변제
1 5 103
2 8 205
3 11 307
4 14 409
5 17 50B
6 20 60D
7 23 70F
8 26 80H
9 29 90J

b = 6k + 4

을(를) 양의 정수로 하고 숫자 = + 을(를) 두십시오다음:

  • = + (3 + ) +( 2 + ) b + b + ( 2 k + 1){\2)1은(는) 3, 대한 완벽한 디지털 불변량이다
증명

Let the digits of be , , and .그러면

은(는)모든 k {\ F ,b{\,b에 대한 완벽한 디지털 불변제 입니다

완벽한 디지털 불변제
0 4 021
1 10 153
2 16 285
3 22 3B7
4 28 4E9

Fp,b

모든 숫자는 base 에 표시된다

비독점적 완벽한 디지털 불변제 사이클
2 3 12, 22 2 → 11 → 2
4
5 23, 33 4 → 31 → 20 → 4
6 5 → 41 → 25 → 45 → 105 → 42 → 32 → 21 → 5
7 13, 34, 44, 63 2 → 4 → 22 → 11 → 2

16 → 52 → 41 → 23 → 16

8 24, 64

4 → 20 → 4

5 → 31 → 12 → 5

15 → 32 → 15

9 45, 55

58 → 108 → 72 → 58

75 → 82 → 75

10 4 → 16 → 37 → 58 → 89 → 145 → 42 → 20 → 4
11 56, 66

5 → 23 → 12 → 5

68 → 91 → 75 → 68

12 25, A5

5 → 21 → 5

8 → 54 → 35 → 2A → 88 → A8 → 118 → 56 → 51 → 22 → 8

18 → 55 → 42 → 18

68 → 84 → 68

13 14, 36, 67, 77, A6, C4 28 → 53 → 28

79 → A0 → 79

98 → B2 → 98

14 1B → 8A → BA → 11B → 8B → D3 → CA → 136 → 34 → 1B

29 → 61 → 29

15 78, 88 2 → 4 → 11 → 2

8 → 44 → 22 → 8

15 → 1B → 82 → 48 → 55 → 35 → 24 → 15

2B → 85 → 5E → EB → 162 → 2B

4E → E2 → D5 → CE → 17A → A0 → 6A → 91 → 57 → 4E

9A → C1 → 9A

D6 → DA → 12E → D6

16 D → A9 → B5 → 92 → 55 → 32 → D
3 3 122 2 → 22 → 121 → 101 → 2
4 20, 21, 130, 131, 203, 223, 313, 332
5 103, 433 14 → 230 → 120 → 14
6 243, 514, 1055 13 → 44 → 332 → 142 → 201 → 13
7 12, 22, 250, 251, 305, 505

2 → 11 → 2

13 → 40 → 121 → 13

23 → 50 → 236 → 506 → 665 → 1424 → 254 → 401 → 122 → 23

51 → 240 → 132 → 51

160 → 430 → 160

161 → 431 → 161

466 → 1306 → 466

516 → 666 → 1614 → 552 → 516

8 134, 205, 463, 660, 661 662 → 670 → 1057 → 725 → 734 → 662
9 30, 31, 150, 151, 570, 571, 1388

38 → 658 → 1147 → 504 → 230 → 38

152 → 158 → 778 → 1571 → 572 → 578 → 1308 → 660 → 530 → 178 → 1151 → 152

638 → 1028 → 638

818 → 1358 → 818

10 153, 370, 371, 407

55 → 250 → 133 → 55

136 → 244 → 136

160 → 217 → 352 → 160

919 → 1459 → 919

11 32, 105, 307, 708, 966, A06, A64

3 → 25 → 111 → 3

9 → 603 → 201 → 9

A → 82A → 1162 → 1962 → 790 → 895 → 1032 → 33 → 888 → 1177 → 576 → A3 → 8793 → 1210 → A

25A → 940 → 661 → 364 → 25A

366 → 388 → 876 → 894 → A87 → 1437 → 366

49A → 1390 → 629 → 797 → 1077 → 575 → 49A

12 577, 668, A83, 11AA
13 490, 491, 509, B85 13 → 22 → 13
14 136, 409
15 C3A, D87
16 23, 40, 41, 156, 173, 208, 248, 285, 4A5, 580, 581, 60B, 64B, 8C0, 8C1, 99A, AA9, AC3, CA8, E69, EA0, EA1
4 3

121 → 200 → 121

122 → 1020 → 122

4 1103, 3303 3 → 1101 → 3
5 2124, 2403, 3134

1234 → 2404 → 4103 → 2323 → 1234

2324 → 2434 → 4414 → 11034 → 2324

3444 → 11344 → 4340 → 4333 → 3444

6
7
8 20, 21, 400, 401, 420, 421
9 432, 2466
5 3 1020, 1021, 2102, 10121
4 200

3 → 3303 → 23121 → 10311 → 3312 → 20013 → 10110 → 3

3311 → 13220 → 10310 → 3311

음의 정수로 확장

완벽한 디지털 불변기는 각 정수를 나타내기 위해 부호화된 숫자 표현을 사용함으로써 음의 정수로 확장될 수 있다.

균형 3차

균형잡힌 3진법에서 자릿수는 1, -1 및 0이다.이로 인해 다음과 같은 결과가 발생한다.

  • With odd powers , reduces down to digit sum iteration, as , and .
  • 짝수 2 , 은 자릿수의 합이 0으로 끝나는 경우에만 2만큼의 차이를 나타내기 때문에 숫자가 짝수인지 홀수인지를 나타낸다. = 0 (- 1) = = 1 }=1의 모든 자리 쌍에 대해 합은 0이고 제곱합은 2이다.

해피넘버와의 관계

주어진 b과(와) 주어진 에 대한 해피 넘버 displaystyle n은 완벽한 디지털 불변함수 사전 주기적 지점이다.사소한 완벽한 디지털 불변성 에 해당되며, 불행한 숫자는 그러한 이(가) 존재하지 않는 숫자다

프로그래밍 예제

아래 예는 파이썬에서 완벽한 디지털 불변기와 사이클을 검색하기 위해 위 정의에 기술된 완벽한 디지털 불변함수를 구현한다.이것은 행복한 숫자를 찾는 데 사용될 수 있다.

반항하다 pdif(x: 인트로, p: 인트로, b: 인트로) -> 인트로:     """"완벽한 디지털 불변함수."""     총계 = 0     하는 동안에 x > 0:         총계 = 총계 + 포우(x % b, p)         x = x // b     돌아오다 총계  반항하다 pdif_cycle(x: 인트로, p: 인트로, b: 인트로) -> 리스트[인트로]:     보이는 = []     하는 동안에 x 아닌  보이는:         보이는.덧셈을(x)         x = pdif(x, p, b)     사이클을 타다 = []     하는 동안에 x 아닌  사이클을 타다:         사이클을 타다.덧셈을(x)         x = pdif(x, p, b)     돌아오다 사이클을 타다 

참고 항목

참조

  1. ^ a b 완벽한 PluPerfect Digital Invariants Scott Moore가 웨이백 머신보관한 2007-10-10
  2. ^ 하비 하인즈 PDI

외부 링크