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素数与哥德巴赫猜想
定理1:素数是无限多的;孪生素数也是无限多的。
证明:假设p是最后一个素数,则2•3•5•7•11… p±1必为一对孪生素数,故,素数是无限多的。这就是说,假定素数数列有终点,则在其终点处仍存在孪生素数。故,孪生素数也是无限多的。
引理1:素数的通式,A. p=3j±2 B. p=3k±1 p—素数 j—奇数 k—偶数
并不是所有的j值与k值代入公式都能得到一个素数,但所有的素数都能用这两个公式求得。
设pn为j的最大质因子,3与pn之间共有n个素数,3、p1、p2、p3、…pn,而j= p1p2p3…pipn,其它为“剩余质因子”,pi+1、 pi+2 、pi+3、…pn-1。3j+2一定不能被3及j的任何一个质因子整除,这时若3j+2也不能被“剩余质因子”整除,则3j+2为素数,否则为奇合数。公式的其它三种情况同理。
引理2:大偶数m分为三类:m=3n n为偶数;m=3n+1 n为奇数;m=3n+2 n为偶数
(1) m=3n时,m=(3j+2)+(3k+1)=p1+p2
(2) m=3n+1时,m=(3j1+2)+(3j2+2)=p1+p2
(3) m=3n+2时,m=(3k1+1)+(3k2+1)=p1+p2
当j、k; j1、j2; k1、k2的值相互增减2的倍数时,以上三式总能得到素数加素数。m为6,8除外。
公理1:任何一个偶数都可表示为两个奇素数之差。记作“1-1”
说明:p表示素数,d表示偶数(包括0),n表示正整数.在素数数列3,5,7,11…中,
3+2=5,3+4=7…3+dn=pn …; d=2 ,4 …dn 本行含一个2,其它偶数都大于2;
5+2=7,5+6=11…5+dn=pn …; d=2 ,6 …dn 本行含一个2,其它偶数都大于2;
7+4=11,7+6=13…7+dn=pn …; d=4 ,6 …dn 本行不含2,其它偶数都大于2;
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p+d1=p1 ,p+d2=p2…p+dn=pn… d=d1 ,d2 …dn 本行可能含一个2,可能不含2,其它偶数都大于2。
只有当某行开头是孪生素数时,某行开头才含2。由于孪生素数的数量较少,因此,在p2-p1=d的集合中,d=2的含量最少,但是,素数是无限多的,而孪生素数虽少,却不会消失,在素数数列的无限长处仍存在孪生素数,故d=2总能找到。这就是说,d值越小,含量越少,d值越大,含量越多,所以,大于2的d值比2更容易找到。
因为素数数列是无限长的,对于给定的d值,无论d值大小,若在“近期”内找不到两素数之差为d,可无限地继续找下去,总能找到。在素数数列中,任何一个d值都对应着无数组p2-p1,故公理成立。
公理2:对于给定的大偶数k,p2+p1=k的集合中的元素是有限的;p2-p1=k的集合中的元素是无限的。
定理:2:任何一个大于4的偶数都可表示为两个奇素数之和。记作“1+1”
证明:据公理“1-1”知,p2-p1=d p1、p2为素数,d为任意偶数(包括0)。两边同加2p1得 p2+p1=d+2p1=k k为大偶数,设dn为无限大的一个偶数,则有无数组p2-p1=dn(公理2),从而有无数组p2+p1=kn,即大于dn的无数个kn的值都分别存在至少一组p2+p1。6至kn的大偶数k,通过调节式子p2-p1=d的取值,得到p2+p1=k。
p1 p2 p2+p1 p2+p2 即 p2+p1 2p2 这就是说,在6至2p2之间的大偶数至少存在一组(素数+素数)的 数对。
下面用数学归纳法证明:
p表示任一素数,d表示偶数,n表示正整数,k表示大偶数。且p2-p1=d
1.公差为2时,大偶数数列为:6 8 10… 当d=2时,假设k1=p+p1 则k2=k1+2=p+p2
2.公差为4时,大偶数数列为:6 10 14…
8 12 16`… 当d=4时,假设k1=p+p1 则k2=k1+4=p+p2
3.公差为6时,大偶数数列为:6 12 18…
8 14 20…
10 16 22… 当d=6时,假设k1=p+p1 则k2=k1+6=p+p2
…………………… …………………… ……………………
dn/2. 公差为dn时,大偶数数列为:6 6+dn 6+2dn…
8 8+dn 8+2dn…
10 10+dn 10+2dn…
……………………
dn+4,2dn+4,3dn+4… 当d=dn 时, 假设k1=p+p1 则k2=k1+dn=p+p2
综合以上可知,“1+1”命题成立。
式子p2-p1=d,当d>2时,称p2、p1为一对“类孪生素数”。由于孪生素数及类孪生素数的存在,才导致了“1+1”命题成立。
定理3:素数p的后边p个数之中必存在素数。(此为素数的间隔定理)
证明:设p为最后一个素数,据“1+1”定理,p+p为当前最大偶数,那么(p+p+2)就无素数对了,故,(p+2)必为素数,即p与2p之间至少存在一个素数。两个素数的最大间隔为p~2p-1。
例,3的后边3个数4、5、6之中有5;5的后边5个数6、7、8、9、10之中有7,等等。
规律:任何一个大于4的偶数都能表示为,一对孪生素数其中的一个素数与另外的一个素数之和。 山东省兰陵县磨山镇程圩子村 程中战 2014-12-24
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