夜晚。
我一個人在房間裡回想著今天和泰朵拉之間的對話。她是那麼地坦率,而且求知慾強,今後一定會有發展空間的。我想如果她也能漸漸體會到數學的樂趣就好了。
和泰朵拉說話的時候,我有種教她學習數學的感覺。這種感覺與我和米爾嘉說話時的感覺完全不同。米爾嘉始終在牽著我的鼻子走。確切地說是她在教我。
想到米爾嘉,我突然想起了她給我留的「家庭作業」。竟然有同班同學給我佈置家庭作業的。
米爾嘉給我佈置的家庭作業
有一個正整數 n,如何求出 n 的所有約數之和?請寫出解題方法
這個問題只要求出 n 的所有約數就能得出答案了。先求出 n 的所有約數,然後把它們相加求出「約數之和」。但是,這種求解方式也太複雜了吧,我再想想還有沒有其他什麼簡便的方法。嗯,試試把整數 n 進行質因數分解。
我想到了午休時的題目:1024 是 2 的 10 次方。如果把此題用字母來表示的話,比如說將 n 變成質數的乘方形式,如下所示。
n = pm p 為質數,m 為正整數
n = 1024 時,上式就變為 p = 2,m = 10 的特殊形式。如果像列舉 1024 的約數那樣考慮的話,n 的約數就如下所示。
所以當 n = pm 時,n 的所有約數之和應該按以下方法求解。
n 的所有約數和
綜上所述,當 n 為 pm 這一形式時,我們能夠求出關於整數 n 的所有約數之和。
我們還可以將正整數 n 進行質因數分解。假設 p, q, r, ... 為質數,a, b, c, ... 為正整數。
啊,等一下。如果用字母的話,則不能表示其一般形式。如果在指數的地方有 a, b, c, ... ,再加上 p, q, r, ... 之類的字母,數學公式就變得混亂不堪。
如果能寫成 這樣的形式就好了,也就是質數正整數的積的形式。
好,就這樣寫。用 來表示質數,然後用 來表示指數,在字母右下角標上下標 0, 1, 2, ... , m,雖然該公式有點雜亂,但這是一般形式。這裡 m + 1 表示「將 n 分解質因數後質因數的個數」。我們再重新算一遍。
將正整數 n 進行質因數分解,一般都可以寫成以下形式。假設 為質數, 為正整數,則有
n 的結構如果是這樣的話,那麼 n 的約數就可以表現為以下形式。
此時, 就是以下整數。
嗯,如果仔細寫出來的話,看起來真複雜啊。也就是說,如果質因數不變,指數從 0, 1, 2, ... 開始變化,就能形成不同的約數。說起來是很簡單,但是變形成一般形式後,式子就比較多了。這種情況很常見。
不過變形後就很簡單了。要求約數的和,只要把所有約數都加起來就可以了。
啊……不對不對,如果這樣的話就不是「所有約數之和」了。這只是在約數中,以質因數的乘方形式組成的約數的和。事實上,約數的形式應該是下面這樣。
是否有必要將所有質因數乘方形式的所有組合都挑選出來,相乘後解得約數之和呢?用語言來描述反而複雜,還是用式子來表示吧。
我就米爾嘉佈置的作業所做的解答
將正整數 n 進行質因數分解,如下所示。
這裡假設 為質數, 為正整數,這時,n 的「所有約數之和」可以用以下式子來表示。
式子不能寫得比這個更簡潔了。——嗯,這樣大概就對了。