计数原理-根据质因数幂积计算因数个数

近来阅读《红楼梦》,常见地支计时如「卯正二刻」,难以与今数字时间对应,思得一方法,将十二地支排列圆周,四正向「子午卯酉」是 0、12、6、18 时,四隅向各二,容易分别了。如 8 时在 6 时后,是卯后之辰时;10 时是巳时;如此等等。

仔细思索地支圆盘,再加天干八卦,正好是二十四向,常用于风水地理。周角 360º 分 24 份,则一份 15º。 曾闻 360 是个妙数,能被很多数字整除。 容易计算得 24 个因数:

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
1*360
2*180
3*120
4*90
5*72
6*60
8*45
9*40
10*36
12*30
15*24
18*20

可以看到 360 是除了 7 的所有个位数的公倍数,而且是最小公倍数

$360=1 \times 2 \times 3 \times 2 \times 5 \times 1 \times 2 \times 3$

另可写成质因数幂积形式 $360=2^3 \times 3^2 \times 5$

考虑 360×7=2520 是所有个位数的最小公倍数,它的因数有多少呢? 这个很简单,360 的每个因数以及乘 7 得到的数都是 2520 的因数,也就是有 48 个因数。

进一步,360×49 有多少个因数?360×2 有多少个因数?

如果乘数是「新」质数,则因数个数翻倍。如果不是新质数呢?用简单例子 12×2 研究发现,不是新质数并不翻倍。 (此处研究使用枚举法发现规律) 任意一个数字都能写成质因数幂积的形式,从 1 开始乘一系列质数,得验。

规律总结如下:

任意正整数可以写成质因数幂积形式 $Z_0=\Pi p_i^{x_i}$,再乘任意质数 $p$ 得到新数 $Z_1=p^x \Pi p_j^{x_j}$,则 $Z_0$ 的因数个数为 $\Pi(x_i+1)$,$Z_1$ 的因数个数是 $Z_0$ 的 $1+\dfrac 1x$ 倍。

举例: $6=2 \times 3$ 有 4 个因数, $12=2^2 \times 3$ 有 6 个因数, $24=2^3 \times 3$ 有 8 个因数, $72=2^3 \times 3^2$ 有 12 个因数, $360=2^3 \times 3^2 \times 5$ 有 24 个因数。

再进一步,以抽象代数的角度看待问题,积换和、幂换积,得到新规律: 3 个苹果、2 个梨、1 个桃,分成两份有几种分法?答案是 (3+1)(2+1)(1+1)=24,当然,还要减一。

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