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引人深思的首位数问题

时间: 2008-05-13 10:34:35   作者:    来源:小学生数学报

  人们对生活中的许多现象由于习以为常而不求甚解。可是如果仔细研究起来,这里面可能蕴含着深奥的道理。  从前,天文学家在进行天文研究时,经常要使用对数表。本世纪初,有一次天文学家西蒙·纽科姆在查对数表

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  人们对生活中的许多现象由于习以为常而不求甚解。可是如果仔细研究起来,这里面可能蕴含着深奥的道理。

  从前,天文学家在进行天文研究时,经常要使用对数表。本世纪初,有一次天文学家西蒙·纽科姆在查对数表时,偶然发现了这样的现象:对数表开始的几页总要比后面几页磨损得厉害。这说明人们在查对数表时,较多地是使用了以1为首的那几页。于是,纽科姆便产生了这样一个疑问:首位数是1的自然数在全体自然数中占有多大的比例?它是不是要比首位数是其它数字的自然数要多?人们后来把这个问题称为“首位数问题”。

  大家可能会认为这个问题是显而易见的。因为除0以外,共有九个数字:123456789,用其中任何一个数字开头的自然数,在全体自然数中的分布是均匀的,机会应该是均等的。也就是说,

1974年,当时还在美国哈佛大学做研究生,后来是美国斯坦福大学统计学家的珀西·迪亚科尼斯,研究了这个问题,所得。准确一点说,这个数值应该是

  lg20.30103

  这是怎么一回事呢?

  事实上,用不同数字做首位数字,这样的自然数的分布并不是很均匀的,也不是很规则的。首位数是1的自然数的分布规律是:

  

  120之间,这样的数有11个,它们是1101112,……,;

  

  

  1200之间,这样的数有111个,它们是11011,……,19,;

…… …… ……

  注意到首位数是1的自然数在以上各区间的个数与这个区间的所有自

  于运用高等数学的方法,得出这些比值的合理平均值,它就是上面所讲到的lg2

  迪亚科尼斯当时并不知道这样偶然的发现有什么实际意义。后来,美国西雅图波音航天局数学家梅尔达德·沙沙哈尼在研究用计算机描绘自然景象的问题时,用上了这个结论。美国波音航天局还将这一成果用于飞机模拟器,使飞行员在不离开地面的情况下接受训练,而能得到一种在空中飞行的实感。首位数问题的结论在科学技术上发挥了重大的作用。

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