书城科普读物探索未知-诗歌与数学
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第4章 诗歌与数列

千里莺啼绿映红,水村山郭酒旗风。

南朝四百八十寺,多少楼台烟雨中!

晚唐诗人杜牧擅长七言绝句,上面所引的这首《江南春》绝句就是一首脍炙人口的佳作。前两句以绚丽的彩笔对千里江南的景色作宏观的扫描。处处莺歌燕舞,柳绿桃红,水村山郭,酒旗摇风,一派生机勃勃,充满诗情画意。后两句对前朝的兴亡历史抒发感慨。梁武帝大建佛寺,虚耗国库,把一个大好江南弄得民不聊生,满目疮痍,终于导致国破家亡。借古论今,使人品味无穷。

但是,明人杨升庵却批评杜牧作诗“好用数目,垛积成句。”恰巧在这首小诗里就用了“千”和“四百八十”两个数字,短短的一首28个字的诗,就有5个数字,近20%。杨升庵似乎还特意找诗中数字的岔子。他批评这首诗中的“千”字用得不对。认为“千应作十。盖千里已听不着看不见矣,何所云‘莺啼绿映红’耶?”杨氏的批评实在毫无道理,千里之内固然听不到看不见,难道十里之内就能听得到看得见吗?所以后人对杨氏的批评很不以为然。但非常有趣的是:这首诗中的两个数字,“千”字固然无可挑剔,大可不必吹毛求疵,但另一个数字“四百八十”,却似乎有些文章可做,不知道为什么杨氏反而没有注意到。

第一,“八”与“十”都是古入声字,属于仄声。在“南朝四百八十寺”这句诗中,“八十”两字所在的位置必须用平声,“八十”二字在这里不合平仄,使得全诗的格律失调。一般地说,这是不允许的。

第二,南朝佛寺,远远不止此数,用“四百八十”来概述,离实际情况太远。据《南史·郭祖深传》的记载,梁武帝时的郭祖深曾在一份报告中描述:“都下佛寺,五百余所”,“所在郡县,不可胜言。”这说明梁武帝时光是都下(金陵)就有佛寺500余所,至于各郡县的佛寺更是数也数不清。杜牧既然批评南朝奢侈浪费,大建佛寺而导致国破家亡,那么对佛寺数目,即使不故意夸张,至少也要如实道来,为什么反而故意缩小呢?何况杜牧为文本来就是有点“浮夸风”的。例如,在他的另一篇名作《阿房宫赋》里,描写宫廷之广大是“覆压300余里,隔离天日”。事实上,据《始皇纪》载:阿房宫所处地段,南北方向,只有百余里;东西方向,还不到百里。阿房宫怎么能覆压三百余里呢?

退一步说,即使杜牧是以都下的佛寺数来代替全国之数,采用“四舍五入”的办法,也至少在500以上。所以,杜牧在诗中用“四百八十”这个数来概括南朝佛寺数目,无论是论之文情,还是求诸数理,似乎都有些说不过去。这里面大概总还有什么别的道理吧。

吴慧颖先生在他的新著《中国数文化》一书中指出:“唯一的解释是因为“四百八十”是三的倍数。我国人民对“三”有一种特殊的迷恋,在文学作品中,常常用三的倍数来描述大数。诗人用“四百八十”来代替“五百”概括南朝的佛寺数量之多,是一种以退为进,明减暗增的手法。”

吴先生的论点是很有见地的。“三”在古汉语中本来就有“多”的意思。古人形成自然数的概念,经过了漫长的岁月,先民们开始只有一、二、三的概念,三个以上就统称为很多了。“三”是数的发展史上一个最重要的里程碑。我国古代的哲学思想,也认为“三”是产生万物的本原。老子《道德经》说:“一生二,二生三,三生万物。”“三”既然如此重要,这样富有内涵,又是表示多数,所以,古人最喜欢用三的倍数来表示大数。

不过,仅仅把480解释为“三的倍数”,似乎还有些美中不足。因为“三的倍数”取之不尽,用之不竭,更接近500的“三的倍数”有的是,例如501就是其中的一个。诗人为什么偏偏要舍近求远,在许许多多的“三的倍数”中,不取较接近于500的数,而要取离500较远的480呢?为了解释这个问题,似乎有必要把话说得更远一点。

先民们除了很重视“三”这个数字外,对“二”与“五”这两个数字也非常重视。所谓“物生有两、有三、有五”。

对形成我国古代哲学思想体系起过最大作用的古代著作莫过于《周易》,《周易》则是以一整套关于“象、数、理、占”的论述为基础的,而其中的象、理、占又都以数为基础。

“参天两地而倚数。”(《说卦传》)“参伍以变,错综其数,通其变,遂成天地之文;极其数,遂定天下之象。”(《系辞》)

这些话的大意是说,天地间的事物是以参(即三)两(即二)这些数为倚托的,把两(二)、参(三)、伍(五)等这些数错综复杂地组织、变化,充分发挥数的功能,就能表现人间万象的图式,揭开宇宙人生的奥秘。由此可见,先民们是如何神化二、三、五这些数字的。

有趣的是,480这个数分解成标准式后,恰恰只包含2,3,5这三个质因数。

480=25×3×5。

而且不难验证,由质因数2,3,5所生成的一切正整数中,即形如n=2α3β5γ(α≥1,β≥1,γ≥1)

的正整数中,最接近500的正是这个480!

这是偶然的巧合呢?还是诗人精心的设计呢?

值得注意的是:古代许多著名诗人在他们的作品中,常常用形如n=2α3β5γ的数来表达某些不确定的大数,特别是带有明显的夸张、强烈的感情以及神秘等色彩的大数。例如:飞流直下三千尺,疑是银河落九天。(李白)

3000=23·3·53。

尔来四万八千岁,不与秦塞通人烟。(李白)

48000=27·3·53。

日啖荔枝三百颗,不辞长作岭南人。(苏轼)

300=22·3·52。

等等,不一而足。可见,形如n=2α·3β·5γ的数与古代诗歌有着极为密切的联系,似乎应该给这类数一个特殊的名称。无以名之,姑且就称之为“诗歌常数”吧!将所有的诗歌常数依次写出,就得到一个由正整数所组成的数列,不妨称它为“诗歌数列”,这个数列的前几项是:30,60,90,120,150,180,270,300,360,450,……

对于诗歌常数,显然下面两个定理成立:

定理一:一个正整数是诗歌常数的充分必要条件,它的各位数字之和是3的倍数,并且末位数字为0。

定理二:两个诗歌常数的乘积仍然是一个诗歌常数。

诗歌数列虽然比较简单,但要求它的通项公式,却是一个十分困难的问题。笔者在参加1997年全国高中数学联赛命题工作时,曾试图利用诗歌数列编制一些试题,但都因难度较大而不得不放弃。现抄录一例如下,供读者欣赏。

令A={2x3y5z|x,y,z∈N},将A中的数按从小到大的顺序排列,则3000=23·31·53排在第项。

设α∈A,则a可以写成α=2x·3y·5z=30n。

其中的n为n=2α·3β·5γ(α,β,γ为非负整数)。

显然把所有形如n的数从小到大排列起来,n所在的项数就是a所在的项数。今300=30×100。考察不超过100的自然数中不能写成2α·3β·5γ的形式的数有多少个。这种数的标准分解式中必包含2,3,5以外的某些质数为其因数。小于100的质数共有26个,其中小于50的有2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47等15个,大于50的有11个。因此在小于100的正整数中,包含了除2,3,5以外的质数为因数的数共有[1007]+[10011]+[10013]+[10017]+[10019]+[10023]+[10029]+[10031]+[10037]+[10041]+[10043]+[10047]+11-[1007×13]=56。

得到100-56=44。

所以,100是第44个形如n=2α·3β·5γ的数,即3000是诗歌数列中的第44项。

1991年,日本全国数学奥林匹克有一道试题倒是真正用到了诗歌数列的。那一道试题是:在形如n=2i3j5k(i,j,k是非负整数)的数中,满足104<n≤3×104的有多少?

它的答案是58,有兴趣的读者不妨自己去寻求解答,可对k=0,1,2,3,4,5,6分别计算。