『7の7乗』

『7の7乗』解答


◆広島県 清川 育男さんからの解答。

 プログラムを組んでシミュレーションしてみました。

【問題1】

1の位 3,9,7,1,3,9,7,1,・・
循環節の桁数は4です。

【問題2】

10の位 4,4,0,0,4,4,0,0,・・
循環節の桁数は4です。

100の位
5,8,0,8,9,0,6,6,3,2,2,4,7,4,8,2,1,6,4,0,5,・
循環節の桁数は20です。

1000の位
3,2,4,6,5,6,1,3,・・・・・・・・・・,3,2,4,6,5,6,・・・
循環節の桁数は100です。

【問題3】

10000の位
2,7,8,7,2,7,9,4,3,3,5,9,・・,2,7,8,7,・・,
循環節の桁数は500です。

以上のことが予想されます。
綺麗な規則性があります。
純循環小数と関係がありそうですね。
数学的根拠は解りません。

100=20001,a200=40001,a300=60001,
400=80001,a500=00001,
600=20001,a700=40001,a800=60001,
900=80001,a1000=00001

上記のようになるようです。不思議な気持ちです。


【コメント】

 『2乗すると・・Part3』を見ても思うのですが、こういった整数の性質、規則性はなんとも不思議ですね。
小さい桁の場合は、簡単に理由付けもできるのですが、大きい桁の場合は計算してびっくりという感じです。


◆京都府 the king of water gate さんからの解答。

(mod.105)で7乗していくと

00007→23543→21607→72343→
80007→63543→41607→32343→
60007→03543→61607→92343→
40007→43543→81607→52343→
20007→83543→01607→12343→
00007となるので

1の位は7,3の2個の数字の繰り返し

10の位は0,4の2個の数字の繰り返し

100の位は0,5,6,3の4個の数字の繰り返し

1000の位は0,3,1,2の4個の数字の繰り返し

10000の位は
0,2,2,7,8,6,4,3,6,0,6,9,4,4,8,5,2,8,0,1
の20個の数字の繰り返しになる。


0={n|n∈Z,0≦n}とする。

数列xs(s∈N0)とp∈Zに対して

s∈N0,t∈N0,s≡t(mod.p) ⇔xs=xとなるとき
pを数列xsの周期という。

数列xsが0でない周期を持つとき、数列xsを周期数列という。
周期数列の正の周期で最小のものを基本周期とする。

周期は基本周期の整数倍である。


pow(x,y)=xyとする。

n∈N0に対して
n=pow(7,pow(7,n))とすると

 b0
=pow(7,pow(7,0))
=pow(7,1)
=7

 bn+1
=pow(7,pow(7,n+1))
=pow(7,pow(7,n)×7)
=pow(pow(7,pow(7,n)),7)
=pow(bn,7)

なので
n=bn-1となる。

k∈N0,s∈N0,t∈N0とすると

gcd(bs,10k+1)=1
gcd(bt,10k+1)=1
gcd(7,4×10k)=1なので

s≡bt(mod.10k+1)⇔bs+1≡bt+1(mod.10k+1)
となる。

このことからbnは(mod.10k+1)で周期数列になり
nの10kの位の数字の列も周期数列になる。

nの10kの位の数字の列の基本周期と
nの(mod.10k)での基本周期の最小公倍数は
nの(mod.10k+1)での周期なので
nの(mod.10k+1)での基本周期の倍数であ り
nの(mod.10k+1)での基本周期は
nの10kの位の数字の列の基本周期と
nの(mod.10k)での基本周期の最小公倍数の 倍数なので
nの(mod.10k+1)での基本周期は
nの10kの位の数字の列の基本周期と
nの(mod.10k)での基本周期の最小公倍数に なる。

s∈N0のとき

 pow(7,pow(2,s+1))
=pow(2,s+4)cs+1

s≡1(mod.2)

 pow(7,4×pow(5,s))
=pow(5,s+2)ds+1

s≡1(mod.5)

 pow(7,2×pow(5,s))
=pow(5,s+2)es−1

s≡2(mod.5)
となる整数cs,ds,esがある。

pow(7,pow(2,s+2))≡1(mod.pow(2,s+5))であり
pow(7,pow(2,s+1))≡1(mod.pow(2,s+5))でないので

pow(7,n)の(mod.pow(2,s+5))での基本周期は
pow(2,s+2)になる。

pow(7,4×pow(5,s+1))≡1(mod.pow(5,s+3))であり
pow(7,2×pow(5,s+1))≡1(mod.pow(5,s+3))でなく
pow(7,4×pow(5,s))≡1(mod.pow(5,s+3))でないので
pow(7,n)の(mod.pow(5,s+3))での基本周期は
4×pow(5,s+1)になる。

7≦kのとき

s≡bt(mod.10k+1)⇔bs≡bt(mod.pow(2,k+1))
かつ
s≡bt(mod.pow(5,k+1))⇔pow(7,s)≡pow(7,t)(mod.pow(2,k−2))
かつ
pow(7,s)≡pow(7,t)(mod.4×pow(5,k−1))⇔pow(7,s)≡pow(7,t)(mod.pow(2,k−2))
かつ
pow(7,s)≡pow(7,t)(mod.pow(5,k−1))⇔s≡t(mod.pow(2,k−5))
かつ
s≡t(mod.4×pow(5,k−3))⇔s≡t(mod.pow(2,k−5)×pow(5,k−3))
これとbnの(mod.105)での基本周期が20で あることと

100≡52000007(mod.108)
500≡60000007(mod.108)
50≡80361607(mod.108)
250≡76361607(mod.108)
1250≡56361607(mod.108)

から

nの105の位の数字の列の基本周期は100
nの106の位の数字の列の基本周期は500

7≦kのとき

nの10kの位の数字の列の基本周期は
25×10k−5となる。


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