“可错约数”:错误约分后得到正确结果的数

不久前看到知乎上有这样一个问题,题目来自于一张网络搞笑图:

此图要点在于,163/326这个分数,经过不正确的约分方式,得到了正确的计算结果。题主就问,如何寻找到这样的,可以经过错误约分,得到正确结果的数字?其中排除像\frac{x00}{y00}=\frac{x}{y}这种平凡的结果。我把这种数字命名为“可错约数”。

因为“错约”的可能情形非常多,所以先把问题限定为分子分母等长,且约分后,分子为1的情况。很快,有人通过计算机,找到了很多这样的数:

一些3位“可错约数”:

\frac{127}{762}=\frac{1}{6}

\frac{139}{973}=\frac{1}{7}

\frac{145}{435}=\frac{1}{3}

一些4位可错约数:

\frac{1015}{7105}=\frac{1}{7}

\frac{1018}{6108}=\frac{1}{6}

\frac{1045}{9405}=\frac{1}{9}

看上去没啥规律。但我想起之前有关“走马灯数”的文章中,提到一个中技巧,可以批量寻找这种“可错约数”。比如,因为分子分母等长,且约分后,结果为1/n,则分子、分母似乎可以满足以下竖式:

那么以上竖式中,如果省略号部分的数字恰好可约,那么被乘数和积可组成一个“可错约数”。省略号部分可能的组合非常多,不过似乎最简单的一种是这种组合:

其中a是1-9的某个数字,其余省略号部分完全相等。这种形式的乘积与“走马灯”数很类似,因此可以考虑如下循环小数的乘积形式:

设上式的乘积结果为x,则10x=na.\overline{\cdot \cdot \cdot \cdot a},所以$10x-10n-a+1$为被乘数。

综合以上就有:

(10x-10n-a+1)\cdot n = x

可解得:

x=n+(\frac{n}{10n-1}+a)

可见\frac{n}{10n-1}+a的循环节就是以上的竖式中的循环节。所以只要取n和a代入: \frac{n}{10n-1}+a 展开得到循环节,即可生成可错约数。

例如希望结果为1/2,则n=2,公式为:

\frac{2}{10\cdot 2-1}\cdot a=\frac{2}{19}\cdot a

当a=1时:

\frac{2}{19}\cdot 1=0.\overline{105263157894736842}

循环节最左边添加2,得到分母:2105263157894736842,分母除以2得到分子:1052631578947368421,最终分数为:

\frac{1052631578947368421}{2105263157894736842}

=\frac{1}{2}

a取其他值一样可以,比如a=9,

\frac{2}{19}\cdot 9=0.\overline{947368421052631578}

则可以得到:

\frac{1473684210526315789}{2947368421052631578}

=\frac{1}{2}

n取1到9都可以,比如n=5, a=3时:

\frac{5}{49}\cdot 3=0.\overline{306122448979591836734693877551020408163265}

则可以得到:

\frac{1061224489795918367346938775510204081632653}{5306122448979591836734693877551020408163265}

=\frac{1}{5}

以上方法稍微改动下就可以有很多变体的解,希望有人可以继续研究。