質數分佈規律是怎樣的,如何看待《素數分佈規律》公開宣告

2021-08-09 19:16:45 字數 3033 閱讀 4346

1樓:廣西師範大學出版社

一個大於1的整數,如果除了它本身和1以外,不能被其他正整數所整除,這個整數就叫做質數。質數也叫素數,如2、3、5、7、11等都是質數。

如何從正整數中把質數挑出來呢?自然數中有多少質數?人們還不清楚,因為它的規律很難尋找。它像一個頑皮的孩子一樣,東躲**,和數學捉迷藏。

古希臘數學家、亞歷山大圖書館館長埃拉託塞尼提出了一種尋找質數的方法:先寫出1到任意一個你所希望達到的數為止的全部自然數。然後把從4開始的所有偶數畫掉;再把能被3整除的數(3除外)畫掉;接著把能被5整除的數(5除外)畫掉……這樣一直畫下去,最後剩下的數,除1以外全部都是質數。

如找1~30之間的質數:

1234?56?78?9?10?

1112?1314?15?16?1718?1920?

21?22?2324?25?26?27?28?2930?

後人把這種尋找質數的方法叫埃拉託塞尼篩法。它可以像從沙子裡篩石頭那樣,把質數選出來,質數表就是根據這個篩選原則編制出來的。

數學家並不滿足用篩法去尋找質數,因為用篩法求質數帶有一定的盲目性,你不能預先知道要「篩」出什麼質數來。數學家渴望找到的是質數的規律,以便更好的掌握質數。

從質數表中可以看到質數分佈的大致情況:

1到1000之間有168個質數;

1000到2000之間有135個質數;

2000到3000之間有127個質數;

3000到4000之間有120個質數;

4000到5000之間有119個質數;

隨著自然數的變大,質數的分佈越來越稀疏。

質數把自己打扮一番,混在自然數裡,使人很難從外表看出它有什麼特徵。比如101、401、601、701都是質數,但是301和901卻不是質數。又比如,11是質數,但111、11111以及由11個1、13個1、17個1排列成的數都不是質數,而由19個1、23個1、317個1排列成的數卻都是質數。

有人做過這樣的驗算:

12+1+41=43,

22+2+41=47,

32+3+41=53,

392+39+41=1601。

從43到1601連續39個這樣得到的數都是質數,但是再往下算就不再是質數了。

402+40+41=1681,

1681是一個合數。

被稱為「17世紀最偉大的法國數學家」費馬,對質數做過長期的研究。他曾提出過一個猜想:當n是非負數時,形如f(n)=22n+1的數一定是質數。

後來,人們把22n+1形式的數叫「費馬數」。

費馬提出這個猜想當然不是無根據的。他驗算了5個費馬數:

f(0)=220+1=2+1=3

f(1)=221+1=4+1=5

f(2)=222+1=16+1=17

f(3)=223+1=256+1=257

f(4)=224+1=65536+1=65537

驗算的結果個個都是質數。費馬沒有再往下驗算。為什麼沒往下算呢?

有人猜測再往下算,數字太大了,不好算。但是,就是在第六個費馬數上出了問題!費馬死後67年,也就是2023年,25歲有瑞士數學家尤拉證明了第六個費數數不再是質數,而是合數。

f(5)=225+1=232+1=4294967297=6416700417

更有趣的是,從第六個費馬數開始,數學家再也沒有找到哪個費馬數是質數,全都是合數。現在人們找到的最大的費馬數是f(1945)=221945+1,其位數多大1010584位,這可是個超級天文數字。當然儘管它非常之大,但也不是質數。

哈哈,質數和費馬開了個大玩笑。

在尋找質數方面做出重大貢獻的,還有17世紀法國數學家、天主教的神父梅森。梅森於2023年發表了《物理數學隨感》,其中提出了著名的「梅森數」。梅森數的形式為2p-1,梅森整理出11個p值使得2p-1成為質數。

這個11個p值是2、3、5、7、13、17、19、31、67、127和257。你仔細觀察這11個數不難發現,它們都是質數。不久,人們證明了:

如果梅森數是質數,那麼p一定是質數。但是要注意,這個結論的逆命題並不正確,即p是質數,2p-1不一定是質數。比如211-1=2047=2389,它是一個合數。

梅森雖然提出了11個p值可以使梅森成為質數,但是,他對11個p值並沒有全部進行驗算,其中的一個主要原因是數字太大,難以分解。當p=2、3,5,7,17,19時,相應的梅森數為3、7、31、127、8191、13107、524287。由於這些數比數比較小,人們已經驗算出它們都是質數。

2023年,65歲又目失明的數學家尤拉,用高超的心算本領證明了p=31的梅森數是質數:231=2147483647。

還剩下p=67、127、257三個相應的梅森數,它們究竟是不是質數,長時期無人去論證。梅森去世250年後,2023年在紐約舉行的數學學術會議上,數學家科勒教授做了一次十分精彩的學術報告。他登上講臺卻一言不發,拿起粉筆在黑板上迅速寫出:

267-1=147573952589676412927

=193707721761838257287

然後就走回自己的座位。開始時會場裡鴉雀無聲,沒有過多久全場響起了經久不息的掌聲。參加會議的人紛紛向科勒教授祝賀,祝賀他證明了第九個梅森數不是質數,而是合數!

2023年,第十個梅森數被證明是質數;

2023年,藉助電子計算機的幫助證明了第十一個梅森數不是質數。

以後,數學家利用速度不斷提高的電子計算機來尋找更大的梅森質數。2023年9月4日,美國威斯康星州克雷研究所的科學家。利用大型電子計算機找到了第三十三個梅森質數,這也是人類迄今為止所認識的最大的質數,它有378632位:

21257787-1,同時發現了新的完全數:(21257787-1)21257786。

數學家儘管可以找到很大的質數,但是質數分佈的確切規律仍然是一個謎。古老的質數,它還在和數學家捉迷藏呢!

2樓:庫磬

一切大於或等於5的質數都分佈在6倍數兩側,也就是相鄰6向倍數。

3樓:

以72為基數的三角數為界,素數以波浪形式漸漸增多。孿生素數也有相同的分佈規律。

如何看待《素數分佈規律》公開宣告

4樓:匿名使用者

到現在為止的科學研究表明,素數分佈規律就是素數的分佈是沒有規律的。

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