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一个奇怪的素数序列

欧几里德对素数无穷大的证明为一些有趣的问题打开了大门

这篇文章发表在《科学美国人》以前的博客网络上,反映了作者的观点,而不一定是《科学美国人”的观点


素数通常被描述为数学的“原子”,或者至少是数字的“原子”。素数正好有两个不同的因子:自身和1。(因此1不是质数.)所有大于1的整数都是素数或素数乘积。

对于质数,好奇的人首先会问的问题之一是质数有多少,而欧几里德的一个有趣的论点是,质数无穷多的最早证明之一元素.

欧几里德证明从素数的有限列表开始,描述了一种生成不在列表中的素数的方法。如果你的素数是p1,第页2,第页,…,pn个,取它们的乘积:p1×p2×p×…×pn个并添加1。这个数字,p1×p2×p×…×pn个+1,不能被我们列表中的任何素数整除;当我们把它除以其中一个素数时,余数是1。因此,有限素数列表是不完整的。


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关于这个证明的一个常见误解是数字p1×p2×p×…×pn个+1本身必须是质数。情况未必如此。为了了解原因,我们可以开始思考,如果我们从第一个素数2开始,并使用欧几里德证明中的过程来寻找新素数,我们会得到什么数字。第一个很简单:2+1=3,3是质数。为了找到下一个数字,我们将2×3相乘,再加1得到7,即素数。继续:2×3×7+1=43,也是素数。2×3×7×43+1=1807,即13×139。

欧几里得-梅林序列是从2、3、7、43、13开始的序列,依此类推:第一项是2,每个后续项是1的最小素因子加上所有先前项的乘积。这是顺序整数序列在线百科全书中的A000945.

(附带问题:欧几里德-梅林序列是数学中同姓之间时间间隔最大的多名字术语吗?欧几里得,还是写欧几里得氏序列的人或群体元素,生活在公元前300年左右的亚历山大;美国数学家和工程师阿尔伯特·穆林1933年出生,2017年去世。如果你知道一个以相隔2200年左右的人命名的词,请告诉我推特.)

肯·里贝特(Ken Ribet)在我和我的搭档凯文·克努森(Kevin Knudson)在我们的播客中与他交谈时提到了欧几里德·穆林(Euclid-Mullin)序列我最喜欢的定理从那以后,它一直在我的脑海里嗡嗡作响。这个序列有无限多个项,但我们只知道其中的51个。随着术语数量的增加,我们遇到了需要很长时间才能考虑的非常大的数字,部分原因是序列会反弹很多。第七项是数字5,但第九项有14个数字!找到序列的第52项需要335位数字的因式分解。

我们不知道是否每个质数都出现在欧几里德-穆林序列中。列表中未知的最小素数是41。选择最大而不是最小除数的素数1加上之前条款的乘积避免了无限数量的素数如果欧几里得-梅林序列确实避免了一些素数,为什么?我们可以看一个素数并判断它是否在序列中吗? 

我被吸引住了可爱有趣的数学,所以我希望欧几里得-穆林序列包含所有的素数。我喜欢这样一个事实,它会给我们一个新的自然顺序来放入素数。这就像把字母表中的字母按其拼音的字母顺序排列:

HRABDWEFXLMNSIJGKQOPCTVYUZ(拼音有些争议,您的里程可能不同)。

另一方面,如果我们能找出序列中并没有包含所有质数,但我们无法找出哪些质数从未出现过,这不是很有趣吗?我想,最没有意思的选择是,有人想出一个简单的规则来确定一个数字是否在欧几里得-梅林序列中。但是,好消息是,结果我们可能会对素数有一些了解!