找出几乘几乘几等于48的所有可能?这可不是一道小学算术题那么简单,里面藏着不少有趣门道呢。
第一次被问到几乘几乘几等于48,脑子里蹦出来的第一个念头,大概率是那几个最顺口的数字吧?比如 2 乘 4 乘 6? 2 * 4 = 8,8 * 6 = 48,bingo!找到了一个。感觉挺简单嘛。但转念一想,有没有别的呢? 数字能不能重复?顺序算不算一种新的?如果允许负数呢?甚至小数?你看,一个看似简单的问题,一下就能岔出好多条小路。
咱们先老老实实地,从最常见的、最“规矩”的情况开始,也就是只考虑正整数。这是最常见的考法。要找到几乘几乘几等于48的所有正整数组合,最好的办法是把 48 这个数彻底“拆散”,也就是做质因数分解。48 等于多少? 48 = 2 * 24 = 2 * 2 * 12 = 2 * 2 * 2 * 6 = 2 * 2 * 2 * 2 * 3。所以,48 的质因数就是四个 2 和一个 3。我们要做的,就是把这五个“零件”—— 2,2,2,2,3 —— 分配给三个“坑”,让它们相乘。别忘了,还有一个隐形的“零件”,就是 1。任何数乘以 1 还是它自己,所以 1 也是可以用的,而且它特别重要,用来“填补”那些只分到少量质因数的坑。
好,现在开始分配零件,找几乘几乘几等于48的正整数解:
最省事的分配法,就是把大部分零件堆在一个坑里,另外两个用 1 顶上。
* 第一个坑拿走全部 48,剩下俩坑给 1 和 1。于是有了组合:1, 1, 48。管它 1*1*48 还是 1*48*1 还是 48*1*1,乘起来都是 48。这就算一种核心组合吧:{1, 1, 48}。
接下来,稍微分一点。比如,一个坑拿 3,另一个拿剩下的 2*2*2*2 = 16,还有一个用 1 顶。
* 组合:1, 3, 16。1*3*16 = 48。这又是一种核心组合:{1, 3, 16}。
或者,一个坑拿一个 2,另一个拿剩下的 2*2*2*3 = 24,还有一个用 1 顶。
* 组合:1, 2, 24。1*2*24 = 48。核心组合:{1, 2, 24}。
继续,一个坑拿两个 2 (就是 4),另一个拿剩下的 2*2*3 = 12,用 1 顶。
* 组合:1, 4, 12。1*4*12 = 48。核心组合:{1, 4, 12}。
再来,一个坑拿三个 2 (就是 8),另一个拿剩下的 2*3 = 6,用 1 顶。
* 组合:1, 8, 6。1*8*6 = 48。核心组合:{1, 6, 8} (习惯上把数字从小到大排)。
还有吗?一个坑拿一个 3,另一个拿剩下的四个 2 (16)。1, 3, 16。这个已经有了。
好了,1 已经“参与”得够多了,让它稍微休息一下,我们找三个都不是1的数。
怎么分那四个 2 和一个 3 呢?分给三个坑。
* 坑一:一个 2 (2)。
* 坑二:剩下的三个 2 (8)。
* 坑三:一个 3 (3)。
* 组合:2, 8, 3。2*8*3 = 48。核心组合:{2, 3, 8}。
换种分法:
* 坑一:两个 2 (4)。
* 坑二:剩下的两个 2 (4)。
* 坑三:一个 3 (3)。
* 组合:4, 4, 3。4*4*3 = 48。核心组合:{3, 4, 4}。
还有别的分法吗?
* 坑一:一个 2 (2)。
* 坑二:一个 2 和一个 3 (6)。
* 坑三:剩下的两个 2 (4)。
* 组合:2, 6, 4。2*6*4 = 48。核心组合:{2, 4, 6}。
- 坑一:一个 3 (3)。
- 坑二:一个 2 (2)。
- 坑三:剩下的三个 2 (8)。
- 组合:3, 2, 8。这个跟 {2, 3, 8} 是一样的组合,只是顺序不同。
让我们系统梳理一下所有的正整数核心组合(不考虑顺序):
1. {1, 1, 48}
2. {1, 2, 24}
3. {1, 3, 16}
4. {1, 4, 12}
5. {1, 6, 8}
6. {2, 3, 8}
7. {2, 4, 6}
8. {3, 4, 4}
这8种就是构成 48 的所有三正整数因子组合了。
但如果问题中的“几”强调的是位置,也就是 几₁ 乘 几₂ 乘 几₃ 等于 48,那顺序就很重要了。比如 1*1*48 和 1*48*1 就是不同的填法。这时候,每种核心组合就要考虑它的排列数。
* {1, 1, 48}:里面有两个 1 是重复的,排列数是 3! / 2! = 3种 (1,1,48; 1,48,1; 48,1,1)。
* {3, 4, 4}:有两个 4 重复,排列数也是 3! / 2! = 3种 (3,4,4; 4,3,4; 4,4,3)。
* 剩下的六种组合 {1, 2, 24}, {1, 3, 16}, {1, 4, 12}, {1, 6, 8}, {2, 3, 8}, {2, 4, 6},里面的数字都不同,每种都有 3! = 6种排列。
所以,如果考虑顺序,总共有 3 + 3 + 6*6 = 6 + 36 = 42 种不同的正整数填法。你看,是不是比一开始想的要多很多?
好了,正整数的坑填完了。那我们能不能放开一点,让“几”可以是负数呢?当然可以!只要三个数相乘结果是正的 48,那负号的个数必须是偶数个。既然是三个数,那负号就只能是 0 个(前面讨论过的正整数情况)或者 2 个。
也就是说,我们可以从上面找出的那些核心组合 {a, b, c}(它们都是正数)出发,然后给其中的两个数加上负号。
比如,拿 {1, 1, 48} 这组来说,要有两个负号。
* -1 * -1 * 48 = 48。组合:{-1, -1, 48}。
* -1 * 1 * -48 = 48。组合:{-1, 1, -48}。
* 1 * -1 * -48 = 48。组合:{1, -1, -48}。
注意哦,这里的 1, 1, 48 是值,不是位置。所以 {-1, -1, 48} 这个核心组合里,只有一种方式给两个数加负号(因为有两个 1 是一样的)。
对于不含重复数字的核心组合,比如 {1, 2, 24}:
* 给 1 和 2 加负号:{-1, -2, 24},乘积 (-1)*(-2)*24 = 2*24 = 48。
* 给 1 和 24 加负号:{-1, 2, -24},乘积 (-1)*2*(-24) = -2*(-24) = 48。
* 给 2 和 24 加负号:{1, -2, -24},乘积 1*(-2)*(-24) = 1*48 = 48。
每种这样的正整数组合,都可以衍生出 3 种含有两个负数的组合。
我们有 8 种正整数核心组合:{1, 1, 48}, {1, 2, 24}, {1, 3, 16}, {1, 4, 12}, {1, 6, 8}, {2, 3, 8}, {2, 4, 6}, {3, 4, 4}。
* 组合 {1, 1, 48} 中,两个 1 是重复的,所以只能是把两个 1 都变成 -1 ({-1, -1, 48}),或者一个 1 变 -1 另一个 1 还是 1,然后把 48 变 -48 ({-1, 1, -48})。因为 1 和另一个 1 是同类项,所以 {-1, 1, -48} 和 {1, -1, -48} 算是同一种“值组合”{-1, 1, -48}。所以从 {1, 1, 48} 衍生出两种负数组合:{-1, -1, 48} 和 {-1, 1, -48} (虽然值一样但符号不同)。
* 组合 {3, 4, 4} 中,两个 4 重复。衍生出:{-3, -4, 4} 和 {-3, 4, -4}。两种。
* 剩下的 6 种不重复的正整数组合({1, 2, 24}, {1, 3, 16}, {1, 4, 12}, {1, 6, 8}, {2, 3, 8}, {2, 4, 6}),每种都可以通过选择任意两个数变负来生成新组合。比如 {1, 2, 24} 可以变成 {-1, -2, 24}, {-1, 2, -24}, {1, -2, -24}。每种衍生出 3 种。
所以负整数核心组合(不考虑顺序,只看值的集合和符号)有:2 + 2 + 6*3 = 4 + 18 = 22 种。
如果考虑顺序(几₁ * 几₂ * 几₃ = 48):
* 从 {-1, -1, 48} 这个值组合,有 3!/2! = 3 种排列 (-1, -1, 48; -1, 48, -1; 48, -1, -1)。
* 从 {-1, 1, -48} 这个值组合,数字各不相同(1和-1不同),有 3! = 6 种排列。
* 从 {-3, -4, 4} 这个值组合,有 3! = 6 种排列。
* 从 {-3, 4, -4} 这个值组合,有 3! = 6 种排列。
* 那 6 种不重复的正整数组合衍生的 18 种负数组合(每种三个值都不同),每种都有 3! = 6 种排列。比如 {-1, -2, 24},有 (-1,-2,24; -1,24,-2; -2,-1,24; -2,24,-1; 24,-1,-2; 24,-2,-1) 这6种。总共 18 * 6 = 108 种。
所以,如果允许负整数且考虑顺序,总共有 42 (正整数排列) + 3 (来自{-1,-1,48}) + 6 (来自{-1,1,-48}) + 6 (来自{-3,-4,4}) + 6 (来自{-3,4,-4}) + 108 (来自其他不重复的负数组合) = 42 + 129 = 171 种填法。我的天,数字一下子就爆炸了!
这还是只考虑了整数的情况。如果允许小数、分数、甚至更广义的实数呢?那答案就无穷无尽了!
比如,随便取两个非零的实数 a 和 b,只要 a 乘 b 不等于 0,那么第三个数 c 就可以是 48 / (a * b)。只要 ab 不等于 0,这个 c 永远存在。例如,几乘几乘几等于48?可以是 0.5 * 10 * 9.6。可以是 π * e * (48 / (πe))。可以是 -√2 * 5 * (-4.8√2)。
所以,如果把问题中的“几”理解成任意非零实数,那解的数量就是无数*种。
通常,当人们问“几乘几乘几等于48”时,默认语境是正整数,而且很多时候也不区分顺序,就问有哪些“组合”。但深究起来,这个问题可以有好多层理解和解答,从最简单的 8 种正整数组合,到考虑顺序时的 42 种正整数排列,再到加入负整数后的数百种可能,最后到实数领域的无限解。
一个小小的算术问题,背后却牵扯出质因数分解、组合排列、数域扩展等等概念。下回再有人随口问“几乘几乘几等于48啊?”,你就可以微微一笑,反问他:“您说的是正整数不考虑顺序?正整数考虑顺序?还是允许负数?甚至是实数呢?”保证让对方刮目相看,觉得你这脑子回路,跟一般人不太一样,哈哈!数字的世界啊,真是越挖越深,越深越有趣。它就在那里,等着你一层一层地去揭开它的面纱。