以古氏积木 展示12是一個過剩數:真因數之和 超過自身
在數論 中,過剩數 又称作丰数 或盈数 ,一般指的是真因數之和 大於自身的一类正整数,严格意义上指的是因数和函数 大於两倍自身的一类正整数 。
定義
一般定义
一般而言,過剩數是指使得函数
s
(
n
)
>
n
{\displaystyle s(n)>n}
的正整数
n
{\displaystyle n}
,其中
s
(
n
)
{\displaystyle s(n)}
指的是
n
{\displaystyle n}
的真因數之和 ;
s
(
n
)
− − -->
n
{\displaystyle s(n)-n}
称作
n
{\displaystyle n}
的盈度 或豐度 。
例如,12 除本身外的所有正因數为1 、 2 、 3 、 4 和6 ,由于
1
+
2
+
3
+
4
+
6
=
16
{\displaystyle {{{{{1}+{2}}+{3}}+{4}}+{6}}=16}
,且
16
>
12
{\displaystyle 16>12}
,因此12為過剩數,且12的豐度為
16
− − -->
12
=
4
{\displaystyle {{16}-{12}}=4}
。
严格定义
更为严格地说,過剩數是指使得函数
σ σ -->
1
(
n
)
>
2
n
{\displaystyle \sigma _{1}(n)>2n}
的正整数
n
{\displaystyle n}
,其中
σ σ -->
1
(
n
)
{\displaystyle \sigma _{1}(n)}
指的是
n
{\displaystyle n}
的所有正因数(包括
n
{\displaystyle n}
)之和;
σ σ -->
1
(
n
)
− − -->
2
n
{\displaystyle \sigma _{1}(n)-2n}
称作
n
{\displaystyle n}
的盈度 或豐度 。
在这种定义下,12 的正因數有1、 2、 3、 4、 6和12,由于
1
+
2
+
3
+
4
+
6
+
12
=
28
{\displaystyle {{{{{{1}+{2}}+{3}}+{4}}+{6}}+{12}}=28}
,且
28
>
12
× × -->
2
{\displaystyle 28>12\times 2}
,因此12為過剩數,且12的豐度為
28
− − -->
12
× × -->
2
=
4
{\displaystyle {{28}-{{12}\times {2}}}=4}
。
性質
12 、 18 、 20 、 24 、 30 、 36 、 40 、 42 、 48 、 54 、 56 、 60 、 66 、 70 、 72 、 78 、 80 、 84 、 88 、 90 、 96 、 100 、 102 ……
945、 1575、 2205、 2835、 3465、 4095、 4725、 5355、 5775、 5985、 6435、 6615、 6825、 7245、 7425、 7875 ……
不能被2和3整除的最小過剩數是 5391411025,其質因數 有 5、 7、 11、 13、 17、 19、 23 和 29(OEIS 數列A047802 )。
亞努奇(Iannucci)在2005年給出了一個尋找不能被前
k
{\displaystyle k}
個質數整除的最小過剩數的演算法[ 1] :若
A
(
k
)
{\displaystyle A(k)}
表示不能被前
k
{\displaystyle k}
個質數整除的最小過剩數,則當
k
{\displaystyle k}
足夠大時,對所有的
ϵ ϵ -->
>
0
{\displaystyle \epsilon >0}
,有
(
1
− − -->
ϵ ϵ -->
)
(
k
ln
-->
k
)
2
− − -->
ϵ ϵ -->
<
ln
-->
A
(
k
)
<
(
1
+
ϵ ϵ -->
)
(
k
ln
-->
k
)
2
+
ϵ ϵ -->
{\displaystyle (1-\epsilon )(k\ln k)^{2-\epsilon }<\ln A(k)<(1+\epsilon )(k\ln k)^{2+\epsilon }}
除了完全數 本身,完全數 的倍數 都是過剩數[ 3] 。例如,每個大於6之6的倍數都是過剩數,因為
1
+
n
2
+
n
3
+
n
6
=
n
+
1
{\displaystyle 1+{\tfrac {n}{2}}+{\tfrac {n}{3}}+{\tfrac {n}{6}}=n+1}
。
過剩數的倍數 都是過剩數[ 3] 。例如,20是過剩數,20及其倍數也都是過剩數,因為
n
2
+
n
4
+
n
5
+
n
10
+
n
20
=
n
+
n
10
{\displaystyle {\tfrac {n}{2}}+{\tfrac {n}{4}}+{\tfrac {n}{5}}+{\tfrac {n}{10}}+{\tfrac {n}{20}}=n+{\tfrac {n}{10}}}
。
由於完全數 的倍數 都是過剩數,過剩數的倍數 也都是過剩數[ 3] ,因此奇數和偶數 的過剩數都有無限多個。
a
(
n
)
/
n
{\displaystyle a(n)/n}
在
n
<
10
6
{\displaystyle n<10^{6}}
的分布情況(對數尺度)。其中
a
(
n
)
{\displaystyle a(n)}
為不超過
n
{\displaystyle n}
的過剩數個數。
過剩數的集合具有非零的自然密度 [ 4] ,1998年 Marc Deléglise 证明了過剩數在自然数中的自然密度 介于 0.2474 与 0.2480 之间[ 5] 。
若一個過剩數不是完全數 或其他過剩數的倍數,則這個數稱為本原過剩數 [ 6] [ 7] 。
若一個過剩數的豐度超過所有小於該數的過剩數的豐度,則這個過剩數稱為高過剩數 。
若一個過剩數的相對豐度
s
(
n
)
n
{\displaystyle {\frac {s\left(n\right)}{n}}}
超過所有小於該數的過剩數的豐度,則這個過剩數稱為超過剩數 。
每個大於 20161 的整數都可以寫成兩個過剩數之和[ 8] 。
不是半完全數 的過剩數稱為奇異數 [ 9] [ 2] :144 。
豐度為1的過剩數稱為准完全数 ,然而目前尚未找到准完全数[ 10] 。
相關概念
低於100的過剩數、本原過剩數 、高過剩數 、超過剩數 、可羅薩里過剩數 、高合成数 、超級高合成數 、奇異數 和完全数 與亏数 和合数 關係的欧拉图
与過剩數相关的概念是完全数 (真因數和等於本身,即
s
(
n
)
=
n
{\displaystyle s(n)=n}
或
σ σ -->
1
(
n
)
=
2
n
{\displaystyle \sigma _{1}(n)=2n}
)和亏数 (真因數和小於本身,即
s
(
n
)
<
n
{\displaystyle s(n)<n}
或
σ σ -->
1
(
n
)
<
2
n
{\displaystyle \sigma _{1}(n)<2n}
)。最早将自然数分为过剩数、完美数和亏数的是 Nicomachus 于公元前100年所著的 Introductio Arithmetica。
n
{\displaystyle n}
的豐度指數(過過剩指數)是指因數和與自身的比,即
σ σ -->
1
(
n
)
n
{\displaystyle {\frac {\sigma _{1}\left(n\right)}{n}}}
[ 11] ;若一组相異的數
n
1
,
n
2
,
.
.
.
{\displaystyle n_{1},n_{2},...}
(無論是否為過剩數)擁有相同的豐度指數,則這些數互為友誼數 。
记
k
{\displaystyle k}
变化时,滿足
σ σ -->
1
(
n
)
>
k
n
{\displaystyle \sigma _{1}\left(n\right)>kn}
的最小自然数
n
{\displaystyle n}
构成数列
a
k
{\displaystyle a_{k}}
(OEIS 數列A134716 ),则
a
2
=
12
{\displaystyle a_{2}=12}
,为第一個過剩數[ 12] 。
a
k
{\displaystyle a_{k}}
是一个增長速度很快的数列。
豐度指數超過3的最小奇數為
1018976683725
=
{\displaystyle 1018976683725=}
{\displaystyle }
3
3
× × -->
5
2
× × -->
7
2
× × -->
11
× × -->
13
× × -->
17
× × -->
19
× × -->
23
× × -->
29
{\displaystyle 3^{3}\times 5^{2}\times 7^{2}\times 11\times 13\times 17\times 19\times 23\times 29}
[ 13] 。
参见
參考文獻
^ D. Iannucci, On the smallest abundant number not divisible by the first k primes , Bulletin of the Belgian Mathematical Society , 2005, 12 (1): 39–44 [2022-09-21 ] , (原始内容存档 于2019-04-07)
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^ Sloane, N.J.A. (编). Sequence A134716 (a(n) = least number m such that sigma(m)/m > n) . The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences . OEIS Foundation.
^ Sloane, N.J.A. (编). Sequence A119240 (Least odd number k such that sigma(k)/k >= n.) . The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences . OEIS Foundation.
和因數有關的整數分類
簡介 依因數分解分類 依因數和分類 有許多因數 和真因子和數列 有關 其他