深入探究:找到让乘几乘几乘几等于64的所有奥秘


说起来,这个“乘几乘几乘几等于64”的问题,听着简单,好像是给小学生出的口算题。但你真要较真起来,把它里里外外、彻彻底底地掰扯清楚,嘿,里面门道可不少呢!这不单单是找几个数的事儿,更像是在玩一场数字的组合游戏,看看 64 这个数字背后藏着多少种“三兄弟”的搭配。

咱们先从最直观、最“标准”的答案说起,那个一下子就能蹦到脑子里的。没错,就是 4 乘以 4 乘以 4。这太经典了,就像看到1+1就知道等于2一样自然。三个完全一样的数字,它们手牵手,一乘,啪!正好是 64。这无疑是最简洁、最和谐的一种解法。它代表着一种完美的对称。

但是,世界上的数字哪有那么单一?“几”可以是任何数字啊!如果咱们先把范围圈定在整数里,看看还有哪些“三兄弟”能完成这个任务。记住,乘法是有正负的,而且谁在前谁在后,有时候也挺重要的,尤其当咱们考虑“几”是不同数字的时候。

首先,得想想 64 的“基因”里都有啥。它的因子,也就是能把 64 整除的那些数,有哪些? 1、2、4、8、16、32、64。还有它们的负数:-1、-2、-4、-8、-16、-32、-64。这些都是组成 64 的“基本零件”。

咱们找三个整数相乘等于 64。

第一种情况:全是正整数
如果允许三个数字一样,那刚才的 4, 4, 4 就是头号选手。
如果数字可以不一样呢?咱们就得从 64 的正因子里挑三个。
可以有 1, 1, 64。你想啊,1乘以1还是1,再乘以64,可不就是64嘛。
换个组合,1, 2, 32。 1×2=2,2×32=64。对,没毛病。
再来,1, 4, 16。 1×4=4,4×16=64。这也是一组。
还有吗?1, 8, 8。 1×8=8,8×8=64。这组有两个一样的。
把 1 拿掉呢?从 2 开始找。
2, 2, 16。 2×2=4,4×16=64。这组有两个一样的。
2, 4, 8。 2×4=8,8×8=64。瞧,又一组。
再往下,从 4 开始? 4, 4, 4 已经说过了。 4, 8, x? 4×8=32,32×多少等于64? 32×2。但 2、4、8 这组已经有了。 4, 16, x? 4×16=64,64×多少等于64? 64×1。这组是 1、4、16,也重复了。

好了,光看这几组 (1,1,64), (1,2,32), (1,4,16), (1,8,8), (2,2,16), (2,4,8), (4,4,4),如果咱们不考虑顺序,只看这三个数字本身是谁,那正整数的组合就是这 7 种。

但如果“乘几乘几乘几”意味着三个特定的位置,比如第一个数、第二个数、第三个数,那顺序就得考虑进去了。比如 1, 2, 32 和 2, 1, 32 就是不同的排列方式。这叫排列组合了。
(1,1,64) 这种有两个 1 的,排列方式有 3 种:(1,1,64), (1,64,1), (64,1,1)。
(1,8,8) 和 (2,2,16) 也类似,各有 3 种排列。
(4,4,4) 这种三个都一样的,只有 1 种排列。
像 (1,2,32), (1,4,16), (2,4,8) 这种三个数都不一样的,它们各自有 3! (3的阶乘) = 3×2×1 = 6 种排列方式。
所以光正整数,如果考虑顺序,总共有 3 (from 1,1,64) + 6 (from 1,2,32) + 6 (from 1,4,16) + 3 (from 1,8,8) + 3 (from 2,2,16) + 6 (from 2,4,8) + 1 (from 4,4,4) = 28 种不同的有序正整数解!是不是比想象的多了不少?

第二种情况:包含负整数
三个整数相乘等于正数 64,这意味着什么?要么三个都是正数(咱们刚讨论完了),要么是一个正数乘以两个负数
所以,咱们可以拿上面找到的那些正数组合 (a, b, c),然后把其中任意两个数变成负的。
比如 (1,1,64) 这组正数。对应的负数组合可以是:
(-1), (-1), 64。 (-1)×(-1)=1,1×64=64。
(-1), 1, (-64)。 (-1)×1=-1,(-1)×(-64)=64。
1, (-1), (-64)。 1×(-1)=-1,(-1)×(-64)=64。
(-64), (-1), 1。 (-64)×(-1)=64,64×1=64。
等等…

咱们可以这么想:拿任意一组不考虑顺序的正整数组合 {a, b, c},如果 a, b, c 都不一样,那对应的负数组合 {(-a), (-b), c},{a, (-b), (-c)},{(-a), b, (-c)} 都能通过各种排列凑出 64。比如 {1, 2, 32},那 { -1, -2, 32 },{ 1, -2, -32 },{ -1, 2, -32 } 都是可能的数字组合。
对于 {1, 2, 32} 这一组,对应的三个数字是 1, 2, 32。考虑两个负数的情况:
数字集合 {-1, -2, 32}:排列有 6 种 ((-1),(-2),32), ((-1),32,(-2)), ((-2),(-1),32), ((-2),32,(-1)), (32,(-1),(-2)), (32,(-2),(-1))。
数字集合 {1, -2, -32}:排列有 6 种。
数字集合 {-1, 2, -32}:排列有 6 种。
像 {1, 8, 8} 这种有两个一样的,对应的负数组合 { -1, -8, 8 },{ 1, -8, -8 }。
{-1, -8, 8}:排列有 3 种 ((-1),(-8),8), ((-1),8,(-8)), (8,(-1),(-8))。
{1, -8, -8}:排列有 3 种。
像 {4, 4, 4} 这种三个一样的,对应的负数组合只有 { -4, -4, 4 }。
{-4, -4, 4}:排列有 3 种 ((-4),(-4),4), ((-4),4,(-4)), (4,(-4),(-4))。

把刚才正整数有序解的 28 种情况拿出来,对于每一个有序正数组合 (a, b, c),只要它里面没有 0,我们都可以通过改变其中两个数的符号来得到新的有序负数组合:
(a, b, c) -> ( -a, -b, c ), ( -a, b, -c ), ( a, -b, -c )。
所以,除了那 28 种正整数解,每一种正数组合通常可以“衍生”出 3 种含负数的组合(只要那三个数都不是 0)。因为 64 的因子都不含 0,所以所有的 28 种正整数有序解都可以这样处理。
这样一来,含负整数的有序解就有 28 种正数组合,每种生成 3 种负数组合,总共 28 × 3 = 84 种
把正整数的 28 种加上负整数的 84 种,光是有序整数的解法,总共就有 28 + 84 = 112 种!我的天,一个小小的 64,藏着这么多整数解法!

咱们再把思路打开一点。题目里可没说“几”必须是整数啊!它可以是分数、小数,甚至是无理数
如果允许是分数或小数,那可能性就简直是无限多了。
比如,你可以用 0.5 乘以 0.5 乘以 256。 0.5×0.5 = 0.25,0.25×256 = 64。没毛病!
你也可以用 10 乘以 0.1 乘以 64。 10×0.1 = 1,1×64 = 64。
或者 1/2 乘以 1/4 乘以 512。 (1/2)×(1/4) = 1/8,(1/8)×512 = 64。
你可以随便选两个不等于零的数 a 和 b,只要它们相乘不等于零,那第三个数一定是 64 / (a × b)。只要这个结果存在,这三个数 (a, b, 64/(ab)) 就是一组解。因为你可以选任意的 a 和 b(除了 a=0 或 b=0),所以这种解法是无穷无尽*的。

甚至可以是无理数!咱们知道 4 是 64 的立方根,也就是 4×4×4=64。那如果是 $\sqrt[3]{64}$ 呢?哦,它就是 4。
那如果用别的无理数呢?比如 $\sqrt{2}$。你需要 $\sqrt{2} \times \text{某个数} \times \text{某个数} = 64$。
可以这样:$\sqrt{2}$ 乘以 $\sqrt{32}$ 乘以 4。 $\sqrt{2} \times \sqrt{32} = \sqrt{64} = 8$。 8×4 = 32。 等等,不对,这等于 32。
换个思路:$\sqrt{2} \times \sqrt{2} \times 32 = 2 \times 32 = 64$。 对! $\sqrt{2}, \sqrt{2}, 32$ 这就是一组解。
还可以是 $\sqrt{2} \times (4\sqrt{2}) \times 8 = \sqrt{2} \times 4\sqrt{2} \times 8 = 4 \times (\sqrt{2}\times\sqrt{2}) \times 8 = 4 \times 2 \times 8 = 8 \times 8 = 64$。 所以 $\sqrt{2}, 4\sqrt{2}, 8$ 也是一组解。
只要凑够三个数,它们相乘等于 64,无论这些数是整数、分数、小数还是无理数,甚至复数(不过复数就更绕了,通常不在这类基础问题讨论范围),都算是答案。从这个角度看,“乘几乘几乘几等于64”的解是无穷多的!

所以啊,这个问题看着小,但要真想“讲透”,得看你把“几”的范围定在哪儿。
如果特指正整数,不考虑顺序,有 7 种组合。考虑顺序,有 28 种排列。
如果特指整数(含正负),不考虑顺序,除了正整数那 7 种组合外,每组 {a, b, c} (a,b,c都是正数)还能衍生出 { -a, -b, c } 这种形式的负数组合。
比如 {1,1,64} 对应 { -1, -1, 64 }。
{1,2,32} 对应 { -1, -2, 32 }。
{1,4,16} 对应 { -1, -4, 16 }。
{1,8,8} 对应 { -1, -8, 8 }。
{2,2,16} 对应 { -2, -2, 16 }。
{2,4,8} 对应 { -2, -4, 8 }。
{4,4,4} 对应 { -4, -4, 4 }。
所以不考虑顺序的整数组合共有 7 (全正) + 7 (两负一正) = 14 种
如果考虑有序整数,那刚才算了,总共有 112 种

而一旦放开到有理数(分数、小数)甚至实数(含无理数),那答案就是无穷多,数都数不清的。因为你可以任意取两个非零的数,第三个自然就被确定了。

你看,一个看似简单的“乘几乘几乘几等于64”,深究起来,可以从最基础的整数排列,一直聊到无穷无尽的实数解。这不就是数学的魅力嘛——有时限定条件下规律井然,放宽条件立刻展现出汪洋恣肆般的广阔。下次再有人问你这题,你可以问他一句:“你说的‘几’,到底是什么数啊?” 这个问题,可没听上去那么简单呢。


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