數學 x 小說 (7)數之女王 - 川添愛

在數學界中,一些數學家會把數論稱作數學的皇后(Queen)。這說法是由數學天才高斯提出。數論,是主要研究整數的學科。雖然只是研究整數,但研究工具卻可包含微分和虚數研究,而有些研究成果和過程在數學家眼中是美學的結晶。

數論問題五花八門,其中的解法有時包含了很多跳躍性的思考方法,是一門看似簡單,但非常難成為專家的學科。數論雖然困難,但其中的應用性有時卻被人看輕,所以在現今講求快速效益的社會中這研究漸漸地得不到大眾的重視。無論如何,數論的研究在數學家眼中還是有女皇的地位。


《數之女王》封面


這本《數之女王》是一本以一些入門數論知識作設定而成的奇幻小說。我是在香港誠品書店偶然遇到這本書才買下來(在香港其他書店也找不到這本書)。如果想買的話,也可從台灣的網上書店訂購。

故事在一個仿中世紀的異世界發生。這設定和一般的日本輕小說相似。世界中有妖精、有魔法、有國王和王后。但有趣的是,魔法的使用包含了數論的定理。

故事中,每一個人(包括妖精和神明)也有一個命運數代表他們的生命和命運,你可理解成「命數」,全是正整數。如果一個人的命運數被人知道,其他人就可利用「質數分解」來對此人下咒。其中,擁有質數作命運數的人,是被祝福的。故事也設定了一些特別的質數有著特別的能力,如梅森Mersenne prime)和畢達哥拉斯質數Pythagorean prime)

故事的主角是一位叫娜婕少女,她從小就被某國的王妃收為養女,她的命運數看似很平凡,但存在了一個秘密。故事主要是談論多種命運數的秘密(包括主角的),和女主角如何以自己和同伴的命運數對付奸角王妃的咒術。

這本書的數學難度不算高,集中討論一些數字的性質,成功表現了數學的美,卻欠缺了討論數學的應用。如果對數學或奇幻小說有強烈興趣的話,這本書可能真的十分吸引。反之,可能會感到是在看香港教育電視中的中二病數學奇幻世界,什麼數學仙子教你克服對數學的難題(看過的就會明白我說的)。


======數學分界線======

在書中提到一個較少在數學書中提到的定理Zeckendorf's theorem。

這定理是關於著名數列 - Fibonacci 數列:由兩個 1 開始,之後的數就是由之前的兩數相加而得出,以此我們得出1、 1、 2、 3、 5、 8、 13、 21、 34、 55.... 其中的數稱作Fibonacci 數。

齊肯多夫定理 Zeckendorf's theorem

任何一個正整數都可以表示成若干個不連續的Fibonacci 數之和。


這定理其中最有趣的應用是關於一個遊戲:Fibonacci Nim

有 N 顆石頭,甲、乙兩人輪流照以下規則取石頭:

每次至少取一顆或一顆以上的石頭。

先取的甲在第一輪時,不能將所有的石頭取完(至少留下一顆石頭)。

每次取的石頭數目不得超過對方剛取走的石頭數目的兩倍。

取到最後一顆石頭者獲勝。

問:哪些數字 N,後取的乙有必勝的策略,其策略為何?是不是產生有趣的數列?

答案是: N 是 Fibonacci 數,後取的乙有必勝的策略。

大家不妨想想如何用Zeckendorf's theorem來證明以上的答案

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