и получающиеся из них составные: 21, 33, 39 и т. д. Это дает возможность до крайности разнообразить выполнение фокуса.
Числовые пирамиды
В следующих витринах галереи нас поражают числовые достопримечательности совсем особого рода – некоторое подобие пирамид, составленных из чисел. Рассмотрим поближе первую из таких пирамид.
Как объяснить эти своеобразные результаты умножения, эту странную закономерность?
Возьмем для примера какой-нибудь из средних рядов нашей числовой пирамиды 123456 × 9 + 7. Вместо умножения на 9 можно умножить на (10 – 1), т. е. приписать 0 и вычесть умножаемое:
Достаточно взглянуть на последнее вычитание, чтобы понять, почему тут получается результат, состоящий только из одних единиц.
Мы можем также понять это, исходя и из других рассуждений. Чтобы число вида 12345… превратилось в число вида 11111… нужно из второй его цифры вычесть 1, из третьей – 2, из четвертой – 3, из пятой – 4 и т. д. – иначе говоря, вычесть из него то же число вида 12345… но вдесятеро меньшее и предварительно уменьшенное на последнюю цифру. Теперь понятно, что для получения искомого результата нужно наше число умножить на 10, прибавить к нему следующую за последней цифру и вычесть из результата первоначальное число (умножить на 10 и отнять множимое значит умножить на 9). Сходным образом объясняется образование и следующей числовой пирамиды,
получающейся при умножении определенного ряда цифр на 8 и прибавлении последовательно возрастающих цифр. Особенно интересна в этой пирамиде последняя строка, где в результате умножения на 8 и прибавления 9 происходит превращение полного натурального ряда цифр в такой же ряд, но с обратным расположением.
Необходимость получения таких странных результатов уясняется из следующей строки[22]:
то есть 12345 × 8 + 5 = 111111 – 12346. Но, вычитая из числа 111111 число 12346, составленное из ряда возрастающих цифр, мы, как легко понять, должны получить ряд убывающих цифр 98765.
Обоснованность третьей числовой пирамиды, воспроизведенной здесь, есть прямое следствие существования
первых двух. Связь эта устанавливается очень легко. Из первой пирамиды мы знаем уже, что например:
12345 × 9 + 6 = 111111.
Умножив обе части на 8, имеем:
(12345 × 8 × 9) + (6 × 8) = 888888.
Но из второй пирамиды мы знаем, что
12345 × 8 + 5 = 98765, или что 12345 × 8 = 98760.
Значит:
888888 = (12345 × 8 × 9) + (6 × 8) = (98760 × 9) + 48 = (98760 × 9) + (5 × 9) + 3 = (98760 + 5) × 9 + 3 = 98765 × 9 + 3.
Вы убеждаетесь, что оригинальные числовые пирамиды не так уже загадочны, как кажутся с первого взгляда. Законы их образования нетрудно уяснить себе, вглядевшись в них повнимательнее. Это не помешало одной немецкой газете несколько лет назад поместить их на своих столбцах с припиской: «Причина такой поразительной закономерности никем еще до сих пор не была объяснена». Вы видите, что здесь и объяснять-то почти нечего.
Девять одинаковых цифр
Последняя строка первой из сейчас (стр. 86) рассмотренных пирамид:
12345678 × 9 + 9= 111111111
объясняет происхождение целой группы интересных арифметических курьезов, собранной в нашем музее в следующую таблицу:
Примем во внимание, что
12345678 × 9 + 9 = (12345678 + 1) × 9 = 12345679 × 9.
Поэтому
12345679 × 9 = 111111111.
А отсюда прямо следует, что
12345679 × 9 × 2 = 222222222
12345679 × 9 × 3 = 333333333
12345679 × 9 × 4 = 444444444 и т. д.
Цифровая лестница
Что получится, если число 111111111, с которым мы сейчас имели дело, умножить само на себя? Заранее можно предвидеть, что результат должен быть диковинный, – но какой именно? Если вы обладаете способностью отчетливо рисовать в своем воображении ряды цифр, то вам удастся найти интересующий нас результат, не прибегая к умножению на бумаге. Ведь, в сущности, здесь дело сводится только к надлежащему расположению частных произведений, потому что умножать приходится все время лишь единицу на единицу – действие, могущее затруднить разве лишь фонвизинского Митрофанушку, размышляющего о результате умножения «единожды один». Сложение же частных произведений сводится к простому счету единиц[23]. Приняв во внимание ступенчатое расположение этих девяти рядов единиц, мы легко можем найти – даже и не выписывая воспроизводимой здесь таблицы, – результат этого единственного в своем роде умножения (при выполнении которого не приходится нигде прибегать к действию умножения): 12345678987654321.
Все девять цифр выстроены в стройном порядке, симметрично убывая от середины в обе стороны.
Те из читателей, которых утомило обозрение числовых диковинок, могут покинуть здесь эту галерею и перейти в следующее отделение арифметической кунсткамеры, где показываются фокусы и выставлены числовые исполины; я хочу сказать, – они могут прекратить чтение этой главы и обратиться к дальнейшим. Но кто желает познакомиться еще с несколькими интересными достопримечательностями из мира чисел, тех приглашаю осмотреть со мною несколько ближайших витрин.
Магические кольца
Что за странные кольца выставлены в следующей витрине нашей галереи? Перед нами три плоских кольца, вращающихся одно в другом. На каждом кольце написаны 6 цифр в одном и том же порядке, иначе говоря – написано одно и то же число: 142857
. Причина, заставившая поместить эти кольца в нашу арифметическую кунсткамеру, заключается в следующем удивительном свойстве их: как бы ни были повернуты кольца, мы при сложении двух написанных на них чисел – считая от любой цифры в направлении начерченной стрелки – во всех случаях получим… то же самое шестизначное число (если только результат вообще будет 6-значный), лишь немного подвинутое!
Магические кольца
В том, например, положении, какое изображено на прилагаемом чертеже, мы имеем при сложении двух наружных колец:
т. е. опять-таки тот же ряд цифр: 142857, только цифры 5 и 7 перенеслись в начало.
При другом расположении колец относительно друг друга мы имеем,
