Kaprekar 2008

Okazuje się, że liczba 2008 ma własność absolutnie niezwykłą, choć nieco zakręconą. Aby wyjaśnić, w czym rzecz, przyda się algorytmiczny wstęp.

(1) Napisz dowolną liczbę czterocyfrową, byle nie złożoną z czterech jednakowych cyfr (np. 5555) lub trzech jednakowych i czwartej mniejszej lub większej o 1 (np. 1011 albo 6676);
(2) cyfry, z których się składa, ustaw najpierw w porządku rosnącym, a potem malejącym, tworząc w ten sposób dwie nowe liczby;
(3) odejmij mniejszą liczbę od większej;
(4) powtórz etapy (2) i (3) z otrzymaną różnicą i powtarzaj z każdą następną dotąd, aż różnica się „ustabilizuje”.

Od jakiejkolwiek liczby byśmy nie zaczęli, zawsze najdalej po siódmej operacji pojawi się różnica równa 6174, która w kolejnych odejmowaniach już nie będzie się zmieniać, ponieważ 7641 – 1467 = 6174.

Przykład dla liczby 1949 (siedem powtórek):
9941 – 1499 = 8442
8442 – 2448 = 5994
9954 – 4995 = 5355
5553 – 3555 = 1998
9981 – 1899 = 8082
8820 – 288   = 8532
8532 – 2538 = 6174

Ta osobliwa cecha liczb 4-cyfrowych sprawia, że 6174 jest białym krukiem, zwanym stałą Kaprekara – od nazwiska hinduskiego matematyka, który odkrył ją w roku zaczynającym powyższy przykład.
Z czasem stałą Kaprekara zaczęto nazywać każdą liczbę n-cyfrową, jeśli stanowi ona jedyny możliwy finał opisanego procesu, zwanego algorytmem Kaprekara, dla wszystkich liczb n-cyfrowych – oprócz wyjątków analogicznych do wymienionych w (1). W systemie dziesiętnym jest jeszcze jedna taka stała, „obsługująca” liczby trzycyfrowe – 495. Łatwo sprawdzić, że spełnia ona warunek dostateczny, czyli przechodzi sama w siebie po jednorazowej obróbce algorytmem (kroki 1-3): 954 – 459 = 495. Dla n innych niż 3 i 4 stałych Kaprekara nie ma, bo zakończenie stosowania algorytmu może być różne – najczęściej powstaje pętla, czyli różnice zaczynają się cyklicznie powtarzać. Czasem cykl oscyluje między dwiema wartościami, np. dla n = 5 są to 53955 i 59994 (95553 – 35559 = 59994; 99954 – 45999 = 53955).

Pora na unikalność liczby 2008. Otóż jest ona także stałą Kaprekara, czyli białym krukiem – dla n = 7 w trójkowym systemie liczbowym. Aby pokazać, że w tym wypadku warunek dostateczny jest spełniony, należałoby najpierw 2008 „utrójkowić”. Większość redaktorów Polityki miałaby z tym problem, ale dla czytelników Łamibloga to oczywiście pestka, więc nie będę wyjaśniał, dlaczego dziesiętne 2008 równe jest trójkowemu 2202101. Odejmowanie w systemie trójkowym (2221100 – 11222) chyba też nie sprawiłoby Państwu kłopotu. Różnica wynosi 2202101, co potwierdza, że zapewne mamy do czynienia ze stałą Kaprekara. Aby mieć pewność, wypadałoby sprawdzić algorytmicznie prawie wszystkie liczby siedmiocyfrowe (liczbomaniacy już to zrobili).

Znam jeszcze dwie stałe Kaprekara w systemie trójkowym: mniejszą – 5-cyfrową i większą – 8-cyfrową. Obie, zapisane w systemie dziesiętnym, występują w poniższej łamigłówce – stanowią czynniki mnożenia, które należy rozszyfrować.
Cyfry w zapisie działania zastąpiono kwadracikami. Oznaczone na zielono stanowią klucz do rozwiązania, są bowiem „tegoroczne”, czyli każdy zasłania cyfrę 0, 2 lub 8.

Kapre_1.JPG