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对《哥德巴赫问题》的推断
用反证法证明哥德巴赫猜想(A)
童 信 平
txp1313abc@hotmail.com
摘要 偶数N,素数pi< ,p是闭区间[ pr+ 1,N-pr-1]内的素数。N=pi+(N-pi)=p+(N-p),若N≡p(mod pi),则(N-p)是可被pi整除的合数。本文用反证法证明,(N-p)不可能都是合数,(N-p)中必有素数。同时指出,哥德巴赫猜想(A)的答案数量r2(N)的下界估计r2(N)> ∏ (~ ∏ )。( p|N,3≤p≤ 。)
关键词 哥德巴赫猜想(A) 下界估计
“偶数中的复合数都可以表示为二个素数之和。”――这就是常说的哥德巴赫猜想(A)或偶数哥德巴赫猜想。简称“1+1”。
N=pi+(N-pi)=p+(N-p),本文证明(N-p)中必有素数,N=p+(N-p)=“1+1”成立。
1 引理和定理。
引理1 除素数pi之外,其余素数皆隐含在以pi为公差的等差数列1+pin、2+pin、3+pin、…、(pi-1)+pin 之中,(以下简称ai+pin。)首项ai=1、2、…、(pi-1)是其充分和必要的条件。
证明 素数皆隐含在正整数之中,正整数无遗漏地遍及在0+pin、1+pin、2+pin、3+pin、…、(pi-1)+pin这些以pi为公差的等差数列之中。很明显,素数pi之外的素数也就充分地隐含在等差数列ai+pin之中。根据Dirichlet定理,ai=1~(pi-1)时,每一个等差数列都有无限多个素数,若缺少一个等差数列,就会缺少某些特征的无限多个素数,(例如,pi=5,ai=1、2、3、4中若缺少3时,就会缺少3、13、23、43、…等素数。)故ai=1、2、…、(pi-1)也是必要的条件。证毕。
“1+1”讨论的是不大于N的素数,下面给出素数的有关符号。
N――偶数中的复合数,N≥4。2≤pi≤pr< <pr+1<N<p2r+1。
pi、pr、pr+1――素数, i =1,2,…,r 。r=π( )。
p――闭区间[ pr+ 1,N-pr-1]内(以下简称闭区间)的素数。
π(N)r――p的数量,也就是闭区间内的素数数量。π(N)r=π(N-pr-1)-π(pr+1)=π(N-pr-1)-r。N→∞时,π(N)r~π(N)。
闭区间内的长度(N)r =(N-pr-1)-(pr+1)=N-2(pr+1),N→∞时,(N)r~N。
根据以上规定,N=pi+(N-pi)=p+(N-p)。实验显示,有一些N的(N-pi)都是合数。换句话说,证明“1+1”的要点是证明(N-p)中必有素数。
N(1,1) i――(N-pi)内的素数数量。(哥德巴赫猜想(A)的部分答案。)某些N的(N-pi)都是合数,由此可见,N(1,1) i ≥0。目前还无法从理论上计算N(1,1) i。
N(1,1)r――(N-p)内的素数数量。(闭区间内哥德巴赫猜想(A)的答案数量。)理论上可以用逐步淘汰法建立N(1,1) r的筛法公式[1]。
r2(N)――哥德巴赫猜想(A)的答案数量。r2(N)= N(1,1) r +2N(1,1) i≥N(1,1) r。N→∞时,r2(N)~N(1,1) r。
N(pi)――用pi去除N所得到的余数。N= N(pi)+ nˊpi ,1≤N(pi)≤(pr-1)。
p(pi)――用pi去除p所得到的余数。p= p(pi)+ npi ,p(pi)=1、2、…、(pi-1)。(见引理1。ai+ npi与p= p(pi)+ npi之间的差别在于:ai+ npi是包括首项pi在内的无限多个素数,其素数数量是π(pi);p(pi) + npi只是表示闭区间内的素数p。其素数数量是π(pi) r。N→∞时,π(pi) r~π(pi)。)
根据给定的pi,(全体)p可以隐含在下面等差数列金字塔的任何一层的一组等差数列之中:
p=1+2n;
p=1+3n、2+3n;
p=1+5n、2+5n、3+5n、4+5n;
……
p=1+pin、2+pin、3+pin、…、(pi-1)+pin;
……
p=1+prn、2+prn、3+prn、…、(pr-1)+prn。
因为1≤N(pi)≤(pr-1),p(pi)=1、2、…、(pi-1)。所以,金字塔的每一层的p= p(pi)+ npi之中必有一个p= N(pi)+ npi。这是一个以N为末项、以pi为公差的等差数列。
引理2(素数定理) 当N→∞时,π(N)~ 。
引理3(等差数列的素数定理) 末项不大于N的等差数列ai+npi中,当N→∞时,其素数个数π(pi)~ 。 是欧拉函数。 =pi-1。(根据引理2,π(pi)~ 。)
引理4 若N≡p(mod pi),则(N-p)是合数。
证明 N= N(pi)+ nˊpi ,p= p(pi)+ npi ,今N≡p(mod pi),可知N(pi)= p(pi)。(N-p)= (N(pi)+ nˊpi )-( p(pi)+ npi )= (nˊ- n)pi ,(nˊ- n)>1,(若(nˊ- n)=1,则(N-p)= pi,它是p之外的素数,属于N=pi+(N-pi)的讨论对象。)故(N-p)是合数。证毕。
定理1 (N, p1p2…pr)=2时,(N-p)中必有素数,N=p+(N-p)=“1+1”成立,其下界估计是
r2(N)> (~ )。
证明 假设(N-全体p)都是合数,即(N-全体p)=hi pi。由这个假设得到的结论是:(全体)p=N- hi pi= N(pi)+ nˊpi- hi pi= N(pi)+ (nˊ- hi )pi= N(pi)+ npi。这个由假设得到的结论与引理1证明过的(全体)p= p(pi)+ npi的充分必要条件相矛盾,(N(pi)只是p(pi)中的一个数值。) (N-p)中不可能都是合数,(N-p)中必有素数。下面对(N-p)中的素数数量N(1,1)r(~r2(N))给出下界估计。
根据引理4,(N, p1p2…pr)=2时,pi=2、3、5、7、…、pr,则依次出现N≡p(mod pi),使得(N-p)是能被pi整除的合数,根据引理3,(N-p)中能被pi整除的合数数量大约是 ~ 。
(N-p)中还存在不能被pi整除的正整数,不能被pi整除的数量大约是(π(N)r - )~(π(N)- )~(1- )π(N)。换句话说,(N-p)中不能被pi整除的可能性大约是(1- )。
把(N-p)中不能依次被2、3、5、7、11、…、pr整除的可能性相乘便是(N-p)中出现素数的可能性,大约是1×(1- )(1- )(1- )(1- )…(1- )~ … >0。
大家知道,N中不能被pi整除的可能性大约是(1- )。取pi=2~pr,把N中不能依次被2、3、5、7、11、…、pr整除的可能性相乘便是N中出现素数的可能性,大约是(1- )(1- )(1- )
(1- )…(1- )~ … >0。
换句话说,π(N)相对于N的比值大约是 ~ … 。
由此可见,r2(N)相对于π(N)的比值大约是 ~ … 。
通过比较可以看出,除第一列 = 外, > , > , > ,…, > 。由此可见, > 。即r2(N)> (~ )。证毕。
定理2 (N, p1p2…pr)≥2时,
r2(N)> ∏ (~ ∏ )。( p|N,3≤p≤ 。)
证明 (N, p1p2…pr)≥2时,必有p|N,3≤p≤ 。 ~ … 中不应该出现 这些项,但是,不难用 纠正之,合计是∏ 。即
~( … )∏ >( )∏ 。移项后可得
r2(N)> ∏ (~ ∏ )。( p|N,3≤p≤ 。)证毕。
2 讨论。
实验显示,N→∞时,上述下界估计相对于“1+1”实际解数的比值→0.7575。所以,本文忽略(N)r与N、π(N)r与π(N)、π(pi) r与π(pi)、N(1,1) r与r2(N)之间的差异是可取的。
参考文献
[1]童信平,偶数Goldbach问题解数的计算公式,右江民族师专学报(自然科学版),1997,3,10-12。
2009,05,01
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