什么叫素数|你知道怎么样才能找到一个素数吗?
什么叫素数(你知道怎么样才能找到一个素数吗?)
素数
令人沉迷无法自拔
1一个关于素数的趣闻
2017年12月26日,数学界发生一件大事,美国一位普通的电气工程师Jonathan Pace,在他成为GIMPS计划志愿者的第14个年头,找到第50个梅森素数,即277232917-1,这是目前为止人类发现的最大素数,共计23249425位 。
紧接着,2018年年初,又发生了一件与之相关的趣闻 。
在第50个梅森素数诞生后的两周后,日本虹色社紧急发行了一本书,名叫《2017年最大的素数》(『2017年最大の素数』),厚约32mm,共719页,整本书只印了一个数,第50个梅森素数 。
数学类书籍向来不是那么好卖,但是,这本书在发行两周后迅速攀上日本亚马逊数学类“畅销书第1位”,卖到断货,出版社被迫紧急加印应付市场 。
如果你对一个两千多万位的数字没有概念的话,看到这本书的厚度你应该就知道了
出版社的山口和男先生在接受媒体采访时表示,印这样一本书其实并没有什么特别的目的 。他还曾考虑将圆周率印成书,但因为圆周率在小数点以后的位数是无限的,只好作罢 。
但2017年年底梅森素数的诞生,再一次促动他把数字印成书的神经,促使他以最快的速度把这本书发行出版 。这本书不仅实现了山口和男先生纯粹的愿望,而且这本书的销售过程一不小心成为了出版界的奇闻 。
《2017年最大的素数》内页,里面密密麻麻都是数字
对于读者来说,把这本书买回家,精神意义远大于实际意义 。自17世纪法国数学家马林梅森(Marin Mersenne)开始,人们就开始不断寻找梅森素数 。找到第50个梅森素数,是数学领域的重大发现,也是人类发展一个新的里程碑 。把这个里程碑带回家,这本书更多的是一种信物,代表人类力求不断进步,勇攀高峰的精神 。
2什么是素数?
为什么一个梅森素数的诞生,引起如此大的轰动?我们先来了解一下什么是素数(prime number) 。
素数定义为大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数 。
这个定义很容易理解,以小于10的自然数为例,2、3、5、7是素数,比如7只能被分解为1乘以7,没有其他分解方式 。对于其他数来说,比如8可以被分解为24,所以8不能是素数 。
素数如同数字的原子一样,是构造其他数字的基石 。自然数是无限个,那么作为基石的素数到底有多少个呢?
这个问题在2300多年前得到了解答:素数有无穷多个 。古希腊数学家欧几里得在《几何原本》中给出了简洁漂亮的证明 。
虽然素数有无穷多个,但要发现和验证大素数却不容易,这就是素数的秘密 。有多不容易呢?
我们可以很快地把50以内的素数列举出来:
2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47……
它们看起来很密集,但随着素数越大,它们之间的距离渐渐变长 。重要的是,它们的分布距离是不均等的 。要找到一个大的素数,往往需要巨量的计算,要分解和验证它也是这样 。为了掌握素数的规律,数学家绞尽脑汁 。
其中,有两个关于素数的著名猜想:
孪生素数猜想:存在无限多组之差为2的素数对 。
哥德巴赫猜想:所有的偶数都可以表示为两个素数之和 。
这两个猜想在数学史上非常有名,千百年来许多数学家梦寐以求希望亲手攻克的难题 。可喜的是,在最近的100年,这两个猜想得到了重大的突破 。
其中,中国数学家张益唐在2012年成功地证明了存在无数对孪生素数,而且其中每一对中的两个素数之差,不超过7000万 。虽然只有把7000万降到2才能最终证明孪生素数猜想,但他突破性地把孪生素数的距离,从无限变成了有限 。
在张益唐取得这一突破之后,不少学者尝试用他的方法缩小间隔,进一步拉近了与最终解决孪生素数猜想的距离 。在2014年2月,7000万已被缩小至246 。另一方面,中国数学家陈景润在1966年成功证明了“1+2”的成立,距离哥德巴赫猜想“1+1”的成立仅一步之遥 。
这里引入一个概念叫殆素数,殆素数是素因子个数不多的正整数 。
假设N是偶数,虽然目前不能证明N是两个素数之和,但足以证明它能够写成两个殆素数的和,即N=A+B,其中A和B的素因子个数都不太多,譬如说素因子个数不超过10 。
我们可以用“a+b”来表示如下命题:每个大偶数N都可表为A+B,其中A和B的素因子个数分别不超过a和b 。显然,哥德巴赫猜想就可以写成"1+1" 。
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