・数勘                                 GAI 氏

 1〜10^n までの合成数の中で、その約数(1と自分自身も含む)の分散が最も大きくなるも
のは何であるかを、直感で予想できますか?

 n=1、2、3、4、5、6 までを当ててみて下さい。


 DD++ さんからのコメントです。(令和5年3月25日付け)

 大きくなるのは、「2×なるべく大きな素数」ですかね?

 問われてはいませんが、小さくなる方はさっぱり予想がつきませんね。双子素数の積みた
いなのが強いのか、それとも約数の個数が非常に多い数が強いのか。


(コメント) 1〜10までの分散を計算してみました。

10
約数
















10
分散 1/4 14/9 7/2 115/16 104/9 49/4

 上表から、1〜10までの分散で最も大きいのは、n=10の場合でした。10=2×5 で、
DD++ さんの予想:「2×なるべく大きな素数」に合致していますかね。

 この調子でいくと、1〜100までの分散で最も大きいのは、n=94の場合(分散=2933/2)
となるのかな?


 らすかるさんからのコメントです。(令和5年3月25日付け)

 分散は範囲が小さい方が小さくなりますので、4のときの分散(14/9)が最小になる気がしま
す。

 (大きい方を)調べてみたところ、n=1、2 では、「2×最大の素数」でしたが、n≧3 では
違いました。


 DD++ さんからのコメントです。(令和5年3月25日付け)

 あ、そうですね。小さい方は、範囲を逆に「ある数以上の範囲で」としないといけませんね。

 大きい方ですが、素数の平方という存在を忘れてました。なぜか約数の個数の最小は
4 個だと思い込んでいた……。


(コメント) 見当をつけて計算したところ、

 n=998=2×499 の分散は、341255/2 で、だいたい 170628くらい。

それに対して、n=961=312 の分散は、198600 で、上記より大きい!


 GAI さんからのコメントです。(令和5年3月25日付け)

 各nでの第1位、第2位、第3位はこうなるようです。

n=1 : 10(=2*5) 、9(=3^2) 、8(=2^3)
n=2 : 94(=2*47) 、95(=5*19) 、93(=3*31)
n=3 : 961(=31^2) 、989(=23*43) 、998(=2*499)
n=4 : 9409(=97^2) 、9991(=97*103) 、9983(=67*149)
n=5 : 97969(=313^2) 、99973(=257*389) 、99899(=283*353)
n=6 : 994009(=997^2) 、999997(=757*1321) 、999919(=991*1009)
n=7 : 9840769(=3137^2) 、9999727(=2549*3923) 、999557(=2617*3821)
n=8 : 99460729(=9973^2) 、99999233(=9433*10601) 、99998791(=9719*10289)

*n=6 までは確認しましたが、それ以上では予想です。


 らすかるさんからのコメントです。(令和5年3月25日付け)

 n≧5 の第2位、第3位の値がすべて正しくないようです(第1位は正しいです)。

 例えば、n=5 の第2位は、99973=257×389 と書かれていますが、99973 の約数は、
1、257、389、99973 で、分散は、1865930500

 それに対し、96721=311^2 の約数は、1、311、96721で、分散は、2072193622.222…

ですから、96721 の方が分散が大きいです。


 GAI さんからのコメントです。(令和5年3月26日付け)

 n=4 ;全部で10000(個)だったので、全分散計算を元に第3位まで調べたら、2つの素数の積
が10000に近づくパターンが候補に上がったので、n=5での大量のデータを処理することなく
てっきりこのパターンに限定で探しに行っていました。(n=2,3でもこの傾向を示していた。)

 この範囲まで広げると、あの再び素数の平方のパターンが入り込むことができるんですね。
(面倒さを避けるためつい思い込んでしまった。)

 改めて、予想では、

n=5 : 97969(=313^2) 、96721(=311^2) 、94249(=307^2)
n=6 : 994009(=997^2) 、982081(=991^2) 、966289(=983^2)
n=7 : 9840769(=3137^2) 、9740641(=3121^2) 、9728161(=3119^2)
n=8 : 99460729(=9973^2) 、99341089(=9967^2) 、98982601(=9949^2)

 また思い込みが起こってしまうのか?

 n=8 で、全合成数でチェックしてみましたが、間違いないようでした。


 らすかるさんからのコメントです。(令和5年3月26日付け)

 私も同じ結果になりましたので、問題ないと思います。

# n=9 について、計算してみました。

n=9 : 999002449(=31607^2) 、998623201(=31601^2) 、997485889(=31583^2)

 この後も、ずっと素数の2乗が続きそうですね。


 GAI さんからのコメントです。(令和5年3月28日付け)

 1〜10^(2*n) までの合成数の中で、その約数の分散が最大になるものは、ある素数pで、
その平方が10^nを越えない最大の素数pであるものを見つけて、その平方数が求めるもの
になる。(但し、n=2、3、4、・・・)

1〜10^4-->9409=97^2 (97<10^2 での最大の素数)
1〜10^6-->994009=997^2 (997<10^3 での最大の素数)
1〜10^8-->99460729=9973^2 (9973<10^4 での最大素数)

 平方して、この10^nを越えない最大の素数に着目してOEISで検索をかけると、「A132153
がヒットし、そこには、n=1〜2000 ものデータが揃っていた。

 n:偶数での素数に着目すると、数字 9 がとても多く連続して並ぶことが起きてしまう。
(なぜなら平方することで10^nに最も近づいているから)

 2000 の内のその半分1000個に集中すれば、「A003618」には、見事に 9 が並んでしまう
素数が揃っている。

 その1000個をじっと眺めていると、下数桁で一つだけ 9 ではない数が現れてしまうタイプ
の素数がいくつかある。(当然、全部の数が 9 での素数はあり得ず、精一杯の 9 を含む素
数となっている)

【分類例】

 99・・・・・・91(最後の最後で1) (n=10,14,66,90,210,394,398,562,602,634)

 n=634 とは、10^634に最もその平方が近づける素数pが

  p=99・・・・・91 (9が連続634/2-1=317-1=316個並ぶもの)

であるということになる。

99・・・・9919(10位だけが1) (n=182,678,814)

99・・・・9929(10位だけが2) (n=254,302,548)

99・・・・9949(10位だけが4) (n=128)

99・・・・9959(10位だけが5) (n=94,176,260)

99・・・・・・97(最後の最後で7) (n=4,6,34,280,1980)

 n=1980は、p=99・・・・・・97
 (9が何と連続1980/2-1=989個も並んでしまう素数があることを示す。)

99・・・・9979(10位だけが7) (n=216,816)

99・・・・9799(100位だけが7) (n=1152)

99・・・・9989(10位だけが8) (n=16,24,30,36,40,60,160,304,328,352,478,582.648,1008,1188,1966)

99・・・・9899(100位だけが8) (n=42,1432,1558)

99・・・98999(1000位だけが8) (n=652)

 こんなに9の数字が並んでしまう素数の具体例を見たことが無かったので、何気なく合成
数の分散を探してみようという試みから、思わぬ副産物に出会えて面白かったです。

 勿論、素数は無限にあるので(通常はこんな世界には無縁ではありますが・・・)、更に驚く
べき素数が潜んでいることでしょう。



  以下、工事中!



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