你想知道生活中有甚麼數學嗎?

2016年10月11日 星期二

2016.10‎ > ‎ [新發現]史上最大的孿生質數! posted an hour ago by 陳宏賓 [ updated 39 minutes ago ]

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[新發現]史上最大的孿生質數!

posted an hour ago by 陳宏賓   [ updated 39 minutes ago ]
歷經幾千年的發展,數學演變成許多條領域分支,數論(Number Theory)稱得上是經過千錘百鍊歷久彌新,其中關於「質數(prime number)」的神祕最讓人津津樂道和著迷。所謂質數就是除了 1 和本身之外無法被其它正整數整除的數。例如:2, 3, 5, 7, 11,...,  如此下去可以一直往後找到新的質數,沒完沒了。但是,越往後走下去,質數就會越來越稀有。
不只數學家熱愛,世界上還有許多業餘人士為質數瘋狂不已,若干愛質數成痴的質數迷團體,例如 
GIMPS 和 PrimeGrid,藉網路號召同好貢獻出家用電腦的閒置時間,只要事先下載安裝網頁上的軟體,就能夠加入他們的行列,一起尋找尚未被世人發現的新質數。

前者 GIMPS 的全名是 Great Internet Mersenne Prime Search,顧名思義搜尋對象以梅森質數 Mersenne Prime 為主。

舉凡可以表示成 2p-1 形式的質數便是。

不過這樣的質數卻是意外地相當罕見,截至目前為止也才發現不到 50 個,在 2016 年初 GIMPS 公佈發現

第 49 個梅森質數 274207281-1。


特別的是,這也是目前發現最大質數的紀錄保持者。相關報導請參考本刊 
【發現超大質數! 高達150000美金的超級質數任務】。

 
發現超大的孿生質數

PrimeGrid
 
則是針對各種形式的質數進行全面性探索。最新的發現就在今年中秋節的前一天(2016 年 9 月 14 日)公佈,來自美國的 Tom Greer 找到了一對新的孿生質數(Twin Primes)如下:


孿生質數即是相差為2的兩個質數。新發現的孿生質數若是把它一個數字接一個數字寫下來,竟然長達 
388342 位數,打破前一組孿生質數為 200700 位數的世界紀錄。


和梅森質數相較之下,孿生質數的能見度是高了一點。讓我們從 2 開始沿著數線向前走,看看這些小的例子 (3, 5), (5, 7), (11, 13), (17, 19), (29, 31), (41, 43), (59, 61), (71, 73), (101, 103), (107, 109), (137, 139)…,隨著數字越來越大,孿生質數似乎就躲得越來越隱密了。當然,也忍不住令人好奇,一直走在無窮無盡的數線上,能否持續發現孿生質數的存在呢?這正是鼎鼎大名的「孿生質數猜想」要追尋的偉大目標,雖然目前仍尚未解決。

前十大孿生質數排名,photo from http://primes.utm.edu/largest.html



蘇菲熱爾曼質數
 有趣的是,這次找到的兩個孿生質數兄弟中的弟弟

2996863034895×21290000-1

還有另外一個特別的名字
 - 蘇菲熱爾曼質數(Sophie Germain prime)。若一個質數 p 同時具備 2p+1 也是質數的話,則 p 稱作蘇菲熱爾曼質數。


這種質數是為了紀念十八至十九世紀時的一位法國數學家 Marie-Sophie Germain,她的創見在於利用這種特殊的質數去證明費馬大定理在某些特例的正確性。(註:費馬大定理在 1995 年終於被英國數學家懷爾斯Andrew Wiles 完全解決)

蘇菲熱爾曼的老爸據說非常有錢,家裡藏書也相當豐富,書櫃上竟然也有大數學家歐拉的著作。在父母都不支持的狀態下,據說小時候的她靠著偷看她老爸的數學藏書自學,有點像少林寺的掃地僧之於易筋經,她默默練功,打怪升等,等到等級練得差不多了,居然開始使用假名 「雷霸龍」(姆斯,是你??) Augusts Antoine Le Blanc 寫信(當時女性被禁止靠近大學,逼不得已才使用假名)跟當代大數學家當筆友進行交流,其中一位是被普魯士腓特烈大帝尊為「歐洲最偉大的數學家」的拉格朗日 (Joseph Lagrange),通信一段時間,拉格朗日提出了見面的要求,眼看紙包不住火,也只好向拉格朗日坦白一切,後來還順利成為拉格朗日的指導學生;另外還有一位筆友則是人稱「數學王子」的高斯 (Carolus Fridericus Gauss),高斯得知她的真實身份後,對她隱藏身份也要學數學的精神,也不禁豎起大拇指欽佩讚賞。
 
數學史上有許多了不起的女性,蘇菲熱爾曼是其中之一。在那個時代的家庭環境和社會氛圍之下,女性追求學問所遭遇的困難和挫折,是今日無法想像的巨大,因為性別的緣故,她終其一生都未能取得以數學研究的本的正職工作,即使在數學的領域中做出許多偉大貢獻。

前十大蘇菲熱爾曼質數排名,photo from http://primes.utm.edu/largest.html
延伸閱讀
 

1. 發現超大質數! 高達150000美金的超級質數任務,陳宏賓,UniMath。

2. 繼張益唐縮小相鄰質數的間隔之後,天才數學家陶哲軒讓它變大了!,陳宏賓,UniMath。

作者簡介
陳宏賓 - UniMath 主編、逢甲大學應用數學系助理教授。
數學既深且廣,我懂得不多,最喜愛組合數學相關領域,主要研究興趣是群試理論、圖論及最優化分解。2013 年出版
「Partitions: Optimality and Clustering, Volume II: Multi-Parameter」一書(與 Uriel Rothblum 和 Frank K. Hwang 教授合著)。對於數學和教育有強烈的熱忱和使命感,積極創立 UniMath 電子數學媒體,致力於推廣數學文

2016年10月3日 星期一

數學魔術:難倒數學家的表演 Cheung / 2014-01-20

數學魔術:難倒數學家的表演

你有沒有看過這樣一個撲克牌魔術:魔術師在五六個人好奇的注視下,拿來一疊撲克牌,說:“首先大家檢查一下這疊牌是不是不同的花色和點數。”然後對一位觀眾說:“您可以從這疊牌的上方拿任意數量的牌放到這疊牌的下方(專業一點可以稱作切一下牌)。”第一位觀眾照做之後,把這疊牌遞給旁邊的人,旁邊人同樣切一下牌之後,再遞給下一個人,輪到最後一個人切完牌的時候,這副牌的順序已經被完全打亂了。
接下來魔術師會讓最後一個人拿走此時這疊牌最上面的一張,再把這疊牌給旁邊的人,同樣拿走最上面的一張,最後每個人手中都有一張牌。然後魔術師會說:“我看不到你們任何一個人的牌,但現在用意念已經知道你們每個人手中的牌是什麼了。”很多人心裡一定會想:這也太神奇了吧?魔術師又說:“首先請手中是黑色牌的童鞋站起來。”緊接著他就開始一一說出每個人手中的牌是什麼:“你的是黑桃5,你的是梅花8……對於剩下手中是紅色牌的童鞋,你的是紅桃3,你的是方片……”最後把每個人的牌翻開一看,全部命中,無一錯誤。
魔術揭秘
這是一個很經典的魔術,不僅可以騙過醉醺醺的酒鬼,就連魔術師俱樂部裡的專業魔術師、美國數學學會晚宴上的數學家們都對這個魔術毫無思緒,猜不出其中的原理。
表演的關鍵點在魔術師號稱他已經知道每個人手中的牌是什麼的時候。其實他對每個人手中的牌一無所知,在“首先請手中是黑色牌的童鞋站起來”之後他才知道了所有人手中的牌,他利用各位觀眾手中紅牌、黑牌的排列順序作為線索,推斷出大家手中是什麼牌。
具體來說,表演這個魔術需要兩件道具:一是事先按順序排列好的一疊牌,可以從一副撲克牌中取出數字1到8共32張,然後把它們按照下面的順序排列(背面向上,由上到下)
梅花8,梅花A,梅花2,梅花4,黑桃A,方片2,梅花5,黑桃3,方片6,黑桃4,紅桃A,方片3,梅花7,黑桃7,紅桃7,紅桃6,紅桃4,紅桃8,方片A,梅花3,梅花6,黑桃5,紅桃3,方片7,黑桃6,紅桃5,紅桃2,方片5,黑桃2,方片4,黑桃8,方片8
這樣排列的巧妙之處在於:即使被切過牌,也可以保證任意抽出五張連續的牌,其中黑色和紅色的排列順序一定是唯一的(如果黑色牌是0,紅色牌是1,這些長度為5的二進制序列一定是互不相同的)。
另外一件道具是一張表格,可以把它藏在手心裡,也可以把它藏在一本書裡,當然還可以把它死記硬背下來。對於以上的撲克牌排列順序,對應的表格是這樣的:
dQ5PkBSBJWHvnE2rj3NKUHcGUsA1YfkSC82Qj5vvPfFuBQAATQQAAEpQ_645x510
假如在魔術中,你發現按照拿牌的先後順序,第二位和第四位觀眾站起來了,則說明各觀眾手中的牌分別是紅黑紅黑紅,二進制形式就是10101,按照表格一查,立刻就可以“感知到”這五個人手中的牌分別是方片5、黑桃2、方片4、黑桃8、方片8。
這一神奇魔術背後的數學原理是二進制的De Bruijn 序列,從這樣的序列中任意取出相鄰n個數(在我們的魔術中n=5),它們的二進制排列一定不相同。下面我們把最開始的那疊牌寫成二進制形式(黑色0,紅色1),大家可以驗證一下是否如此。 :
0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0, 1,1,1,0,1,0,1
對於同樣的32張牌,De Bruijn 序列自然不是唯一的,可以有很多種排列方法,不同的排列方法也對應著不同的“解密表格”。 De B​​ruijn 序列長度也可以更長,隨之變大的是每次需要取出相鄰牌的個數(n)。對於不同數量的觀眾,我們需要準備不同數量的牌。 5個觀眾比較適中,如果給一個班級所有人一起表演,儘管效果無比震撼,但是撲克牌估計要用麻袋來裝了。
不只是魔術
De B​​ruijn 序列的奇妙不僅體現在魔術上。我們還可以使用它為機器人做路標定位:將兩種不同顏色的小方塊排成一條長線擺在機器人行進的路上,機器人只要識別出自己前後的幾個方塊是什麼顏色,既不需要GPS,也不需要高精度探測儀,就可以知道自己走了多少米。
在一列很長的De Bruijn 序列中,中間任意取出n個數字(例如下面序列中的10011),然後向旁邊移動一個位置,取出相鄰的n個數字(例如下面序列中的00111),它們一定是不相同的,但又有(n-1)個數字是重疊的(0011)。
0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0, 1,1,1,0,1,0,1
0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0, 1,1,1,0,1,0,1
研究人員利用De Bruijn 序列設計了每次可以產生一個用於加密的不同隨機數字的簡單電子元件“反饋移位寄存器”,上一個隨機數字和下一個隨機數字之間只改變一個數位和移位一下就可以,電路構造非常簡單。
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智利的研究人員還曾做過研究,他們設想這個紙牌魔術或許可以和電腦裡的數據壓縮(例如WINRAR、ZIP、JPEG圖片壓縮、MPEG視頻壓縮等)扯上關係。
也許你僅僅為這個魔術的表演效果感到很神奇,但絕對想不到這個魔術背後的原理還可以跨界到如此廣闊的領域吧。數學與魔術結合,就是會產生如此奇妙的反應。
【果殼網】

2016年9月23日 星期五

這題簡單數學 騙倒5成以上哈佛學生

這題簡單數學 騙倒5成以上哈佛學生


國際中心/綜合報導
2016.09.23 / 10:20
最近在網路上流傳一個簡單的數學題,而且有超過50%的哈佛學生回答錯了,看似簡單的題目,也千萬別忽略他的陷阱。
據網站《Gotumble》報導,一個問題如下「一根球棒跟一顆棒球的價錢是1.10美金,球棒比球多1美金,請問球多少錢?」。
以下公布答案:
如果你的答案是0.1美金,代表你錯了!正確答案是0.05美金,不過有超過50%哈佛大學以及MIT等名校都回答0.1美金。
這項題目源自於經濟學家Daniel Kaheman的《快慢思想》中介紹的數學題,他在書中寫道,很多人喜歡用直覺去回答問題,所以會答錯,而這些人所得出的回答大多都會浮現0.1的答案,只要他們能試著思考一下,就能得出正確答案。
換句話說,回答0.1的人,他們對於自己太過自信,反而被自己的自信給誤導,如果你答對了,代表你是懂得停下來思考的人,心思也較細膩。

2016年9月21日 星期三

泰拉姬韓森演女數學家 變身太空總署功臣 2016年09月20日

泰拉姬韓森演女數學家 變身太空總署功臣

凱薩琳強生演女數學家 變身太空總署功臣
《關鍵少數》描述在美國太空總署工作的黑人女性。(福斯提供)
一樁眾人皆知的歷史事件,背後卻藏著不為人知的祕密奉獻!電影《關鍵少數》描述三位在美國太空總署工作的黑人女性,於1960年代美國、蘇聯在太空的競爭依舊膠著時,憑著卓越超凡的數學知識,將太空人約翰葛倫(John Glenn)送上太空成功繞行地球,也讓美國從此站穩太空探險世界先驅的地位。而「種族」與「性別」的現實標籤,卻使得她們在當時只能退居幕後默默付出,直到今天電影拍成,才重新肯定了她們早就應得的功勞。
女主角凱薩琳強生(Katherine Johnson)由憑著美劇《嘻哈帝國》拿下金球獎戲劇類電視劇集最佳女角的塔拉吉P.韓森(Taraji P. Henson)飾演,不同於影集中的豔光四射,塔拉吉收起張狂,精準詮釋60年代一位獨自扶養三個小孩的全職媽媽,樸實、認真、每項上級長官交代的任務一定做好做滿,即便工作上遇到不公平待遇也都靜靜隱忍的中年婦女。從小展現數學天賦的她,最終成為約翰葛倫踏進太空船前唯一指名確認其軌道計算的工作人員。
與其一起共患難的兩位同事一位是桃樂斯范恩(Dorothy Vaughn),由奧斯卡最佳女配角得主奧塔薇亞史班森(Octavia Spencer)飾演,如同其得獎作品《姊妹》中飾演努力幫傭求生愛做派的米妮傑克森,奧塔薇亞於訪問時提到這次這個實質上帶領整個太空總署西區電腦專家團隊,卻在名義上遲遲無法得到上層許可拿到相襯主管職稱的角色時表示:「我常常飾演這種悄無聲息的女人,她們為家庭為社會的付出,往往不被看見或認同,這也是我毅然決然接下這些角色的主因,我希望她們能讓大家看見」。
另一位瑪莉傑克森(Mary Jackson)則是由美國知名節奏藍調女伶賈奈兒夢內(Janelle Monáe)飾演。據塔拉吉的形容,她就是三人組中的嗆火小辣椒,在她的音樂MV中常常以西裝加領帶男裝造型示人,即便這次在電影中則穿起符合年代的淑女連身裙,依舊壓不住這個角色為自己的權益發聲、為了想進到全白人的學校念書不惜與法官槓上、最終也成功成為打造太空船工程師的強韌本質。
另外卡司還包括跨世代才子凱文科斯納(Kevin Costner),在電影中飾演只求任務達成,拿起鐵鎚大力敲碎一切種族、性別等偏見的太空人繞行地球任務主任。曾在《終極保鑣》中飾演惠妮休斯頓(Whitney Houston)貼身保鑣的他,儼然成為捍衛黑人女性的最佳守護男神。
影片還集結包括坎城影后克絲汀鄧斯特(Kirsten Dunst),在電影中扮演明明隱約也覺得不合理卻被上頭壓迫,只好同樣對底下的黑人團隊給予不平等對待的主管;以及憑《宅男行不行》拿下金球獎音樂或喜劇類電視劇集最佳男主角的吉姆帕森斯(Jim Parsons),現實生活中早已出櫃的他,卻在電影中飾演極度保守,不管在種族或性別的議題上都嚴重歧視的太空任務同事,挑戰極大。
《關鍵少數》英文片名「Hidden Figures」其實有兩層涵義,除了是代表隱身在幕後的三位女性數學家外,同時也是為了算出精密太空船運行軌道,電腦計算不出需要靠人腦來計算的數字。幕前眾影帝影后互飆演技,幕後更有為動畫《神偷奶爸2》寫出主題曲「Happy」的菲董(Pharrell Williams)為電影量身打造配樂,今晚發布的電影預告中便可以搶先聽。電影將於明年1月13-15日映演口碑場、1月27日農曆新年除夕正式上映。
(中時)

2016年9月10日 星期六

花蓮補選顯示「藍反轉」? 王定宇又來教數學..

花蓮補選顯示「藍反轉」? 王定宇又來教數學...

2016-08-28  20:12
〔即時新聞/綜合報導〕花蓮市長補選結果昨天出爐,國民黨的魏嘉賢成功當選,讓許多藍營的支持者開心表示,這是藍營反轉的號角,代表著對新政府執政至今的不滿,不過民進黨立委王定宇繼昨日的「國道收費員資遣數學題」,今(28)日再度提出數學問題來質疑藍營。
  • 王定宇在自己的臉書上表示,很多人都說花蓮市的補選結果是「藍反轉綠」,但是1月份總統選舉時,民進黨花蓮市得票率是39.5%。(圖擷自王定宇臉書)
    王定宇在自己的臉書上表示,很多人都說花蓮市的補選結果是「藍反轉綠」,但是1月份總統選舉時,民進黨花蓮市得票率是39.5%。(圖擷自王定宇臉書)
  • 此次8月27日花蓮市長選舉,民進黨得票率有41.9%。(圖為王定宇擷自本報)
    此次8月27日花蓮市長選舉,民進黨得票率有41.9%。(圖為王定宇擷自本報)
  • 王定宇繼昨日的「國道收費員資遣數學題」,今(28)日再度提出數學問題來質疑藍營。(資料照,記者洪瑞琴攝)
    王定宇繼昨日的「國道收費員資遣數學題」,今(28)日再度提出數學問題來質疑藍營。(資料照,記者洪瑞琴攝)
王定宇在自己的臉書上表示,很多人都說花蓮市的選舉結果是「對新政府的滿意度投票」、「對國民黨團結的投票」、「藍反轉綠」等等,他想請問一個小小的「數學問題」,就是1月份總統選舉時,民進黨花蓮市得票率是39.5%,而此次8月27日花蓮市長選舉,民進黨得票率卻有41.9%,這個,要怎麼解釋呢?
對此許多網友也紛紛表示:「龍介當選台南市長才真的是反轉」、「花蓮政治生態本來就比較封閉」、「分析的不錯」

計算機「MC、MR、M-、M+」做啥用?民眾:20年來都不知

計算機「MC、MR、M-、M+」做啥用?民眾:20年來都不知


點評:其實計算機功能強大,許多人都不知道;更不用說工程型計算機了。
記者黃郁棋/綜合報導
你一定用過計算機,加、減、乘、除,按一按就有答案。可是上面那一排「MC、MR、M-、M+」到底做什麼用的呢?有民眾表示,用了20年的計算機,那一排按鍵從來沒用過。原來,M是Memorize(記憶)的意思,R是Recall(叫出來)、C是Clear(清除),M+與M-則是「累加、累減」的意思。
很多人計算機用了一輩子,卻從來沒碰過「M+」、「M-」等特殊按鍵。其實它們就好比數學算式中的「括號」,可以對一連串數字做先後運算。究竟這些按鍵要怎麼用呢?看完以下簡單介紹應該不難瞭解:
M+:記憶當前數字,「加入」累加數字當中。
M-:記憶當前數字,以負數的形式「加入」累加數字當中。換句話說,就是把總數扣除當前數字的意思。
MC:Memory Clean的意思,也就是將目前記憶的數字「歸零」。
MR:Memory Recall的意思,將當前計算出來的數字呈現出來。
MS:無視目前記憶多少數字,直接以當前數字取代記憶中的數字。
範例:計算(2x3) + (5x6) - (2x4)這串數字時,就可以利用M+、M-的功能快速分開運算,最後再計算結果。先將2x3=6運算出來後,按「M+」將目前的數字記憶起來,再按C(Clear)清除,你會看見計算機上方出現M的字樣,代表它已經將數字記憶起來了;接著計算5x6=30,再按「M+」記憶起來。此時計算機中已經儲存了「6+30」的數字!然後再按一次C。
至於「M-」要怎麼用呢?先計算2x4=8後,按「M-」,這意味著計算機記憶的數字變成了「6+30+(-8)」,最後再按「MR」鍵,就會得出28的答案。計算完成後可以按一下「MC」,將剛剛的儲存資料通通移除!這樣是不是很方便呢?碰到需要連續計算時,再也不需要拿起紙筆,將數字寫下後自己手動計算了。
其他還有些常見的按鈕,例如MU(Mark up or Mark down)、GT(General Total)、CE(Current Empty)等。MU是用來計算利率與稅率的,例如AxB再按MU,則會得到A+(AxB%)的答案;至於GT則是將目前按過的等號全部相加在一起,按AC可以清除掉。CE則是清除當前數字,重新輸入,不會刪除記憶資料。


原文網址: 計算機「MC、MR、M-、M+」做啥用?民眾:20年來都不知 | ETtoday生活新聞 | ETtoday 新聞雲 http://www.ettoday.net/news/20120530/51013.htm#ixzz4Jrc39grf
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