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素數(shù)是什么意思(素數(shù)是什么)
素數(shù)是所有數(shù)字的基礎(chǔ),就如元素周期表中的化學元素一樣,化學元素是組成所有化學物質(zhì)的基礎(chǔ),素數(shù)包含了數(shù)的所有奧秘,所以數(shù)學研究者對素數(shù)有著特殊的喜愛。
素數(shù)
素數(shù)也叫質(zhì)數(shù),指大于1的自然數(shù)中,除了1和它本身外不再有其他因數(shù)的自然數(shù),比如113……。
最初研究素數(shù)的是古希臘數(shù)學家歐幾里得(約公元前330年—前275年),他在《幾何原本》中用反證法,對“素數(shù)有無窮多個”給出了一個經(jīng)典的證明方法。
證明思路:
假設(shè)存在最大的素數(shù)P,那么將已知所有的素數(shù)相乘再加1,得到M:
M=2×3×5×7×11×……×P+1,
顯然M不可能被已知的任何一個素數(shù)整除,所以M有可能是素數(shù),或者存在比P更大但是比M小的素數(shù)因子;無論哪種情況,都說明存在比P更大的素數(shù),與假設(shè)矛盾,所以素數(shù)是無限的。
素數(shù)是構(gòu)成整數(shù)的基礎(chǔ),所有整數(shù)都可以用素數(shù)來表示,如下:
所以素數(shù)包含了所有整數(shù)的奧秘,整數(shù)分解就是破解整數(shù)奧秘的途徑之一,因為整數(shù)分解后只剩下素數(shù)因子。
素數(shù)的應用
在現(xiàn)實生活中,數(shù)的分解是許多網(wǎng)絡(luò)加密的基礎(chǔ),我們要把兩個已知數(shù)相乘很容易,但是要把一個大數(shù)分解卻很難,利用整數(shù)的這一非對稱特性,密碼學家巧妙地設(shè)計了加密和解密的數(shù)學原理,比如RSA非對稱加密算法,就是基于大數(shù)分解。
換句話說,一旦出現(xiàn)一種算法能很快地分解一個大數(shù),那么RSA加密方法將失效,但是目前為止還沒有出現(xiàn)這樣的高效算法。
素數(shù)的未解之謎
數(shù)學家圍繞素數(shù)發(fā)現(xiàn)了許多規(guī)律,其中很多還是猜想,有些歷經(jīng)幾百年也沒有人能夠證明,這些猜想都是數(shù)學上的圣杯,誰要是能證明其一,必定名留青史。
(1)哥德巴赫猜想
猜想內(nèi)容:任何一個大于2的偶數(shù),都可以寫成兩個素數(shù)之和,簡稱“1+1=2”。
哥德巴赫于1742年提出,如今已經(jīng)270多年,最好的成果是我國數(shù)學家陳景潤證明的“1+2”,也就是:任一充分大的偶數(shù),都可以寫成一個素數(shù)與一個不超過兩個素數(shù)的乘積之和。
(2)孿生素數(shù)猜想
相差2的素數(shù)對叫做孿生素數(shù),比如5和7,11和13,該猜想說的是孿生素數(shù)有無窮多對。
目前最好的成果,是美籍華人數(shù)學家張益唐,在2013年提出一種方法,證明存在無窮多個差小于某個數(shù)M的素數(shù)對,當時張益唐證明了M=7000萬的情況,一旦完成M=2就解決了孿生素數(shù)猜想,目前M已經(jīng)被縮小到了200多。
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