素数普遍公式,别名是埃拉特斯特尼筛法公式,是利用埃拉特斯特尼筛法转换成为一个公式。
公式
...(1)
目录
引言
2000多年前
欧几里德在证明素数无穷多时就埋下了寻求素数普遍公式的伏笔,以
布劳维尔为首的
直觉主义学派认为:“你没有给出第n个素数是如何构造的,就不能算是好的证明”。2000多年来,数论学最重要的一个任务,就是寻找素数普遍公式,为此,一代又一代数学精英,耗费了巨大的心血,始终未获成功。
素数公式
公元前250年同样是
古希腊的数学家
埃拉托塞尼提出一种
筛法:
(一)“要得到不大于某个自然数N的所有
素数,只要在2---N中将不大于的素数的倍数全部划去即可”。
(二)将上面的内容等价转换:“如果N是合数,则它有一个因子d满足1基础数论》13页,U杜德利著,上海科技出版社)。.
(三)再将(二)的内容等价转换:“若自然数N不能被不大于的任何素数整除,则N是一个素数”。见(
代数学辞典[上海教育出版社]1985年。屉部贞世朗编。259页)。
(四)这句话的汉字可以等价转换成为用
英文字母表达的公式:
...(1)
其中表示顺序素数2,3,5,,,,,。。若N<,则N是一个素数。
(五)可以把(1)等价转换成为用同余式组表示:
由于(2)的模两两互素,根据
孙子定理(范围内有解。
例如k=1时,,解得N=3,5,7。求得了(3,)区间的全部素数。
k=2时,
,解得N=7,13,19;
,解得N=5,11,17,23。求得了(5,)区间的全部素数。
求得了(7,)区间的全部素数。
仿此下去可以一个不漏地求得任意给定数以内的全部素数。
用于哥德巴赫猜想
怎样使得两个
自然数相加和相减都成为
素数(参见
台尔曼公式),即n+X成为素数,n-X也是素数。根据除法
算式定理:“给定
正整数a和b,b≠0,存在唯一整数q和r(0≤r
同余定理:“每一整数恰与0,1,2,3,...,m-1中一数同余(mod m)”。所以,任给一个自然数n (n>4),都可以唯一表示成:......(3)
其中:其中表示顺序素数2,3,5,,,,,。。
是否存在:
......(4)
并且:;。
这样解得的,,,如果,则与都是素数。
范例
设n=20,
构造:
四个解是:21,27,3,9。小于N-2的X有3和9,
我们得知,20+3与20-3是一对素数;20+9与20-9是一对素数。
这就是利用
素数判定法则:最小剩余不为零,并且果,n+X与n-X是一对素数。因为(n+X)+(n-X)=2n。这就是著名的哥德巴赫猜想猜想, 我们需要证明(4)式必然有小于n-2的解,尽管我们现在不能证明它。
埃拉托斯特尼筛法的普遍公式已经为哥德巴赫猜想提供了合理框架,并且把问题转入到
初等数论范围。
用于孪生素数问题
公式 孪生素数有一个十分精确的
孪生素数公式,利用素数判定法则:“若自然数与都不能被不大于的任何素数整除,则与是一对素数,称为孪生素数。这一句话用
数学语言表达就是:
存在一组自然数使得:
......(5)
其中表示顺序素数2,3,5,....。
。
若,,则与是一对孪生素数。
上式可以用同余式组表示:
......(6)。
由于(6)式的模两两
互素,根据孙子(中国剩余)定理,对于给定的b值,(6)式在范围内有唯一的解。
范例
例如,k=1时,,解得=3和5,5<,得知3与3+2,5与5+2是两对孪生素数。从而得到了区间的全部孪生素数。
k=2时,=。解得=5,11,17。17<,得知11与11+2,17与17+2是孪生素数对,从而得到区间的全部孪生素数。
仿此下去可以一个不漏地求得任意给定数以内的全部孪生素数
推论
孪生素数猜想就是要证明(4)式或者(5)式在k值任意
大时都有小于的解。问题已经转入到初等数论范围。