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自然数除以素数p的余数一共有p种,分别是{0,1,2...p-1}。用Pp表示p的余数的集合{0,1,2...p-1}。
(1)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除以p的余数的集合。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)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≠r
用Lp表示满足条件的d除以p的余数的集合, 可知|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) 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除以p的余数的集合。
由前面可得Ap = Rp ∩ Lp
当r=0时Rp和Lp条件相同Rp = Lp,则|Ap|=|Pp|-1=p-1
当r≠0时Rp和Lp条件不同Rp ≠ Lp,则|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}
设2N为大偶数,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
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。
85的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}
因为12 mod 3=0∈{0};12 mod 5=2∈{1,2,3,4};12 mod 7=5∈{0,2,3,4,5}
所以85-12=73,85+12=97都是素数。
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除以各素数的不同余数取值的组合为|A3|×|A5|×...×|Ap|种。
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pr=3×5×7×...×p种。
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。
因为对于自然数m1<m2,d1<d2则(m1-d1)(m2-d2)> (m1-d2)(m2-d1)所以有dr的最小值:
dr=|A3|×|A5|×...×|Ap|=(3-a1)×(5-a2)×...×(p-an)
≥(3-2)×(5-2)×...×(p-1)
所以有pr÷dr的最大值:
j=(3×5×7×...×p)÷((3-2)×(5-2)×...×(p-1))
j远小于N。
p j 2N
7 5.83 [6,121)
11 7.7 [121,168)
19 13.6 [169,361]
j的含义是近似的表示有多少个余数的组合能够有满足条件的d。j表示在(3×5×7×...×p)种余数组合中有多少可以满足d的条件的余数组合。因为偶数之差和奇数之差都是2,所以最大2j就可以有满足条件的d。
因为2j小于N,所以[0,2N]范围内一定存在d使得N-d和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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