什么是 Champernowne 常数?

C₁₀ = 0.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12…
0.12345678910111213141516… 超越数(Mahler,1937)。在 10 进制下正规(Champernowne,1933)。

把所有正整数依次写在小数点后面,就得到 0.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15… 这就是 Champernowne 常数。在它的十进制展开中,每个有限数字串都会在某处出现,而且每个由 k 位数字组成的区块都会以 1/10ᵏ 的频率出现。

逐位构造的 Champernowne 常数
88.517710%661771771487777776767670123456789

在前 1000 位中,数字 1 出现得最多,因为像 1–9、10–19 这样的数含有更多的 1。随着 n 增大,分布会逐渐归一化。

D. G. Champernowne 在 1933 年还是剑桥学生时构造了这个数,用来给出 10 进制下正规数的第一个显式例子。所谓正规数,是指每个由 k 位数字组成的区块都以 1/10ᵏ 的频率出现。Champernowne 证明了他的常数是正规的,而对于 π 或 e 这样的自然出现常数,这一点至今仍未被证明。

Champernowne 常数:前 100 位中的数字频率
71410%81411101010101010100123456789

在前 100 位中,数字 1 出现了 14 次。随着位数增加,这种不均衡会消失。

Kurt Mahler 在 1937 年证明了 C₁₀ 是超越数。0.1234567891011… 属于那类罕见的常数:我们可以轻而易举地把它算到任意精度,而它的十进制展开却仍在某处编码了每一种可能的有限文本、每一个数字,以及一切曾被写下的信息。

两位数字序列的频率各约为 1%(正规性开始显现)
0.521.041%1.030.970.991.010.981.020.9910.971.0400112233445566778899

Champernowne 常数前 10,000 位中选取的两位数字对。每一对出现的频率都接近 1%。真正完整的正规性要在更大的尺度上才会显现。

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Champernowne 常数在历史上为什么重要?
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