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数学中的趣味:素数故事与哥德巴赫猜想

时间:2023-12-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:素数的故事只能被1和自身整除的数叫做素数。这里,简单讲几个关于素数猜想的真实而有趣的故事。许多数学家从“乌兰现象”中找到了素数不少有趣的性质。另外一个关于素数的猜想便是著名的“哥德巴赫猜想”。1742年,哥德巴赫在给自己的朋友欧拉的信中提出一个猜想:大于9的任意奇数都可以表示为三个素数的和。由此,人们把哥德巴赫猜想归结为“任何一个大于2的偶数都能分解为两个素数的和”。

数学中的趣味:素数故事与哥德巴赫猜想

素数的故事

只能被1和自身整除的数叫做素数(或叫质数)。例如:1,2,3,5,7,11,13,17,……都是素数。显然,素数是写不完、列不尽的。古往今来,在这个神秘的“素数王国”里,吸引了不少数学家,探索着素数的许多性质,提出了不少猜想和假说,有的已被后人证明,有的至今还没有被人们证实。这里,简单讲几个关于素数猜想的真实而有趣的故事。

美国有位著名数学家乌兰教授(S.Ulam),有一次他参加一个科学报告会,但他对报告的内容不感兴趣,为了消磨时间,他在一张纸上把1,2,3,4……100这100个自然数按逆时针的方向排成一种螺旋形式(如上图)。然后,他把从1到100中的全部素数都画出来。突然,他发现这些素数都成一条条直线形式。他进一步猜想:对于超过100的自然数也如此写下去,其中的素数是否仍然具有这种性质呢?散会回家后,他迫不及待地用电子计算机把1到65000这些自然数排成逆时针螺旋式,并打印出来。结果,他发现其中的素数仍然具有“挤成一条条直线”的特性。这种现象后来在数学上称为“乌兰现象”。许多数学家从“乌兰现象”中找到了素数不少有趣的性质。(www.xing528.com)

另外一个关于素数的猜想便是著名的“哥德巴赫猜想”。1742年,哥德巴赫(1690~1764)在给自己的朋友欧拉的信中提出一个猜想(哥德巴赫猜想):大于9的任意奇数都可以表示为三个素数的和。欧拉回信肯定了哥德巴赫猜想的正确性,但未能给出证明,并提出一个新的猜想(欧拉猜想):从4开始,任意偶数可以分解为两个素数的和。这一论断欧拉也未能证明。如果欧拉猜想正确,则可推出哥德巴赫猜想的正确性。因为若大于或等于4的偶数2N=p+q(p,q为素数),则大于或等于7的奇数2(N+1)+1=3+p+q即分解为3个素数之和。但反之不成立。由此,人们把哥德巴赫猜想归结为“任何一个大于2的偶数都能分解为两个素数的和”。若用“2”表示大于2的偶数,用“1”表示一个素数,则哥德巴赫猜想可简写为“2=1+1”。二百多年来,世界上许多著名数学家都在努力证明哥德巴赫猜想。我国著名数学家潘承洞1962年证明了(1+5),即:任何一个大于2的偶数=一个素数+不多于5个素数乘积。同年,他又与王元证明了(1+4),1965年博赫石塔布、维诺格拉多夫和朋比利又都证明了(1+3);1966年,我国著名数学家陈景润宣布他证明了(1+2),并于1973年发表了他的全部证明结果,这是迄今为止关于哥德巴赫猜想的最佳结果,被誉为“陈氏定理”。陈景润的工作在全世界引起强烈反响。这个结果,即“2=1+2”,距离哥德巴赫猜想:“2=1+1”还有一步之遥,但这将是多么艰难的一步呀!究竟谁能最后摘取这“王冠上的明珠”呢?

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