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(1) a+d不能被p整除的条件
素数p的最小非负完系为{0,1,2...p-1}用Pp表示。
设a为自然数,p是素数,d为正整数,r=a mod p。如果(a+d) mod p≠0,则d要满足:
当r=0时,d mod p≠0
当r≠0时,d mod p≠p-r
用Rp表示满足条件的d模p的最小非负简系。可得|Rp|=|Pp|-1=p-1。
例如:
85 mod 5=0,85+d mod 5≠0的d的R5={1,2,3,4}
85 mod 3=1,85+d mod 3≠0的d的R3={0,1}
(2)a-d不能被p整除的条件
设a为自然数,p是素数,d为正整数,r=a mod p。如果(a-d) mod p≠0,则d要满足:d mod p≠r
用Lp表示满足条件的d模p的最小非负简系。可得|Lp|=|Pp|-1=p-1。
例如:
85 mod 5=0,85-d mod 5≠0的d的L5={1,2,3,4}
85 mod 3=1,85-d mod 3≠0的d的L3={0,2}
(3)a+d和a-d都不能被p整除的条件
设a为自然数,p是素数,d为正整数,r=a mod p。如果(a+d) mod p≠0 且(a-d) mod p≠0,用Ap表示满足条件的d模p的最小非负简系。
由前面可得Ap=Rp ∩ Lp
当r=0时d的条件相同。即:d mod p≠r。所以r=0时Rp=Lp且|Ap|=|Pp|-1=p-1
当r≠0时d的条件不同。分别是:d mod p≠p-r和d mod p≠r。所以r≠0时Rp≠Lp且|Ap|=|Pp|-2=p-2
例如:
85 mod 5=0,85+d mod 5≠0且85-d mod 5≠0的d的A5={1,2,3,4}
85 mod 3=1,85+d mod 3≠0且85-d mod 3≠0的d的A3={0}
(4)满足N+d和N-d同为素数的条件
设2N为偶数,p为不大于√2N的最大素数。则对于(0,2N)上的奇数q,如果满足q不能被[3,p]上的全部素数整除,q就是素数。
设d为正整数,如果要让N+d和N-d都是素数,必须满足N+d和N-d都不能被[3,Ps]上的全部素数整除
由前面(3)可知,要让N+d和N-d都不能被[3,Ps]上的全部素数整除就要满足:
d mod 3∈A3 且 d mod 5∈A5 ... d mod p∈Ap
An为满足N+d mod n≠0且N-d mod n≠0的模n的最小非负简系
例如:
设85+d<121,只要85-d和85+d不能被3,5,7整除,那这两个数就是素数。
由前面可知:A3={0};A5={1,2,3,4}
85 mod 7=1;A7=R7∩L7={0,1,2,3,4,5}∩{0,2,3,4,5,6}={0,2,3,4,5}
则满足85-d和85+d不能被3,5,7整除的d对于3,5,7取余的最小非负简系为:
A3={0};A5={1,2,3,4};A7={0,2,3,4,5}
12 mod 3=0∈A3;12 mod 5=2∈A5;12 mod 7=5∈A7
所以85-12=73,85+12=97都是素数。
18 mod 3=0∈A3;18 mod 5=3∈A5;18 mod 7=4∈A7
所以85-18=67,85+18=103都是素数。
(5)N+d和N-d同为素数的条件组合数
由前面d mod 3∈A3 且 d mod 5∈A5 ... d mod p∈Ap的条件可知满足这样条件的d从每个素数的最小非负简系An中取一个元素组成的组合数为:
dr=|A3|×|A5|×...×|Ap|=(3-a1)×(5-a2)×...×(p-an)
其中a1,a2...an取值为1或2。
[3,p]上的全部素数的余数组合数为:
pr=3×5×7×...×p=∏(p)
∏(p)表示[3,p]上的全部素数的乘积下同。
因为余数是交替变化且均匀分布的如3的余数是0,1,2,0,1,2...5的余数是0,1,2,3,4,0,1,2...。所以可以通过pr÷dr得到近似的间隔,来确定至少多少组合内出现满足条件的d。
当N为奇合数时存在素数p1使得N mod p1=0,对应的|Ap|=p1-1;而当N为偶数时可以满足对于[3,p]上的任意素数p1,N mod p1≠0。所以dr的最小值:
dr=|A3|×|A5|×...×|Ap|=(3-a1)×(5-a2)×...×(p-an)
dr≥(3-2)×(5-2)×...×(p-2)
即dr≥∏(p-2)
所以有pr/dr的最大值:
j=∏(p)/∏(p-2)=(3×5×7×...×p)/((3-2)×(5-2)×...×(p-2))
(6)证明∏(p)/∏(p-2)<N
设2N为偶数,p为不大于√2N的最大素数。
∏(q)表示[3,p]上的全部奇数的乘积
∏(q)/∏(q-2)=(3×5×7×9...p-2×p)/(3×5×7×9×...p-2)=p
p=2p/2<p^2/2
所以∏(q)/∏(q-2)<p^2/2
∏(c)表示[3,p]上的全部奇合数的乘积
∏(q)/∏(q-2)=(∏(p)/∏(p-2))×(∏(c)/∏(c-2))<p^2/2
因为∏(c)/∏(c-2)>1
所以∏(p)/∏(p-2)<p^2/2
又因为p^2/2≤N
所以∏(p)/∏(p-2)<N
总结:
对于确定的2N有不大于√2N的p,则可以确定满足N+d和N-d都是素数的d对于[3,p]上每一个素数的最小非负简系An。
根据每一个素数的An中各元素组合可以得到符合条件的d的余数组合数。这个组合数最小值为∏(p-2)。
[3,p]上全部素数余数组合为∏(p)。
因为自然数除以素数p的余数r都随着自然数的递增而按照同一种规律进行分布,所以∏(p)/∏(p-2)可得到从自然数0之后有多少个余数的组合能够有满足条件的d存在。
由前面可知∏(p)/∏(p-2)<N,所以[0,2N]范围内一定存在d使得N-d,N+d都是素数。即2N可以表示成两个素数的和,哥德巴赫猜想成立。
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