Es ist im Quinärsystem (also zur Basis ). Dann gilt:
Somit ist ein Faktorion zur Basis 5.
Es ist im Nonärsystem (also zur Basis ). Dann gilt:
Somit ist ein Faktorion zur Basis 9.
Eigenschaften
Im Dezimalsystem gibt es nur 4 Faktorionen, nämlich 1, 2, 145 und 40585.[3][6]
Die Zahlen und sind Fixpunkte der Funktion für alle Basen und somit triviale Faktorionen für alle . Alle anderen Faktorionen sind nichttriviale Faktorionen.
Beweis:
Es ist und .
Im Dualsystem, also mit der Basis , ist und es gilt: .
Im Dualsystem (also mit der Basis ) ist die Summe der Fakultät der Ziffern die Anzahl der Ziffern selbst.
Beweis:
Es ist . Weil jede Zahl im Dualsystem nur aus Nullen und Einsen besteht und deren Fakultät ebenfalls immer je Eins ist, erhält man mit der Funktion die Anzahl der Ziffern von .
Für jede gegebene Basis gibt es nur eine endliche Anzahl von Faktorionen.
Beweis:
Man untersuche (zunächst einmal) im Dezimalsystem (also mit Basis ) den Maximalwert, den mit einer -stelligen Dezimalzahl erreichen kann. Eine -stellige Dezimalzahl mit maximal großen Ziffern besteht aus 9ern. Somit muss für die Funktion gelten: .
Betrachtet man nun eine allgemeine -stellige Dezimalzahl und die soeben betrachtete Ungleichung , die für alle -stelligen Dezimalzahlen gilt. Es gibt nur dann Faktorionen, solange gilt. Es ist aber sicherlich . Somit erhält man die Ungleichung .
Wenn nun aber die Anzahl der Stellen ist, müsste laut der obigen Ungleichung noch immer gelten. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn und somit ist, was ein Widerspruch zur Annahme ist, dass sein soll. Die Bedingung stimmt also für nicht mehr, es kann also keine Faktorionen im Dezimalsystem geben, die 10 oder mehr Stellen haben.
Verallgemeinert man obige Überlegungen auf allgemeine Basen , so erhält man die Ungleichung und wegen (für ) gilt weiters . Wenn nun auch hier die Anzahl der Stellen ist, müsste laut dieser Ungleichung noch immer gelten. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn und somit ist, was ein Widerspruch zur Annahme ist, dass sein soll. Die Bedingung stimmt also für nicht mehr, es kann also keine Faktorionen im Zahlensystem mit Basis geben, die oder mehr Stellen haben. Die Anzahl der Faktorionen ist also nach oben hin begrenzt, es gibt somit nur endlich viele Faktorionen, was zu zeigen war.
Für alle Basen zusammengenommen gibt es unendlich viele Faktorionen.
Beweis:
Es gibt Faktorionen-Gruppen, ohne auf die spezielle Basis eingehen zu müssen. Diese Gruppen bestehen aus unendlich vielen Faktorionen. Siehe weiter unten.
Gesellige und befreundete Faktorionen
Eine natürliche Zahl nennt man geselliges Faktorion, wenn man nach -facher Anwendung von auf diese Zahl wieder genau diese Zahl erhält. ist dann ein periodischer Punkt und formt eine periodische Folge (oder Zykel) der Periodenlänge . Ist die Periodenlänge , so nennt man das gesellige Faktorion auch befreundetes Faktorion. Ist also ein befreundetes Faktorion-Paar, so ist und .[3]
Beispiele
Sei die Basis , also das Dezimalsystem.
Die Summe der Fakultäten der Ziffern von ist .
Die Summe der Fakultäten der Ziffern von ist .
Somit ist und . Es ist also ein periodischer Punkt, formt eine periodische Folge der Periodenlänge . Somit ist ein befreundetes Faktorion-Paar zur Basis .
Es folgt eine Liste aller befreundeten Faktorion-Paare im Dezimalsystem:
(871, 45361), (872, 45362) (Folge A214285 in OEIS)
Sei die Basis , also das Dezimalsystem.
Es ist .
Es ist .
Es ist .
Somit ist . Es ist also ein periodischer Punkt, formt eine periodische Folge der Periodenlänge . Somit ist ein geselliges Faktorion-Tripel zur Basis .[3]
Es folgt eine Tabelle, der man alle Faktorionen und ausgewählte Zykel bis zur Basis ablesen kann:
Alle Faktorionen und ausgewählte Zykel bis zur Basis
Basis
Faktorionen zu dieser Basis im Dezimalsystem (Folge A193163 in OEIS)
Zykel geselliger und befreundeter Faktorione zur jeweiligen Basis
Ein Faktorion ist ein geselliges Faktorion mit Periodenlänge .
Es gibt nur zwei befreundete Faktorion-Paare im Dezimalsystem, nämlich und .[3][7]
Für jede gegebene Basis gibt es nur eine endliche Anzahl von Zyklen.
Ermitteln von Gruppen von Faktorionen
Man kann gewisse Gruppen von Faktorionen ermitteln, ohne auf die spezielle Basis eingehen zu müssen.
Sei eine positive ganze Zahl im Zahlensystem mit der Basis . Dann gilt:
ist ein Faktorion zur Basis für alle (in Dezimalschreibweise geschrieben).
ist ein Faktorion zur Basis für alle (in Dezimalschreibweise geschrieben).
Beweis der 1. Behauptung:
Es ist .
Weiters ist die Darstellung von zur Basis . Es sei also die Zehnerstelle und die Einerstelle von . Es gilt:
Somit ist ein Faktorion für alle zur Basis b.
Für gilt diese Behauptung nicht, weil sonst die Basis wäre und in diesem Zahlensystem die Form hätte, obwohl es in diesem Zahlensystem die Ziffer gar nicht gibt. Analog verhält es sich mit und .
Beweis der 2. Behauptung:
Es ist .
Weiters ist die Darstellung von zur Basis . Es sei also die Zehnerstelle und die Einerstelle von . Es gilt:
Somit ist ein Faktorion für alle zur Basis b.
Für gilt diese Behauptung nicht, weil sonst die Basis wäre und in diesem Zahlensystem die Form hätte, obwohl es in diesem Zahlensystem diese Ziffern gar nicht gibt. Analog verhält es sich mit und .
Beispiel:
Basis
Faktorion
4
6
5
24
6
120
7
720
8
5040
Sei eine positive ganze Zahl im Zahlensystem mit der Basis . Dann gilt:
ist ein Faktorion zur Basis für alle (in Dezimalschreibweise geschrieben)
Beweis:
Es ist .
Weiters ist die Darstellung von zur Basis . Es sei also die Zehnerstelle und die Einerstelle von . Dann ist und es gilt:
Für gilt diese Behauptung nicht, weil sonst die Basis wäre und in diesem Zahlensystem die Form hätte, obwohl es in diesem Zahlensystem die Ziffer gar nicht gibt.