質數就是只能被1或其本身整除的整數,例如:
5 29 41 83
唯一的偶數質數是2,因為按照定義,所有其他的偶數,如6、10、28的因數,除了1與其本身之外,都包括2.故除了2以外,所有質數都是奇數.
長久以來,許多數學家對于哪些數為質數,以及質數的分布情形都很感興趣.與質數有關的定理,最早可追溯至公元前3世紀的歐幾里德,他以很簡潔的方法證明有無窮多個質數.
有時質數之間非常接近,例如:
2 3 5 7 11 13
但有時也非常稀疏,像是23與37之間,就只有兩個質數.請問這兩個質數是多少?
在小于100的數中,找質數比較容易,但在100之后,質數之間的距離就大得多了.
試找出113之后的下一個質數.
不過即使如此,在小于100的數中,通常10個連續的數中就會包含一個質數.
那么在190與200之間有多少質數?
數學家已證明,只要數字夠多(如5000以內),就一定可以找到不包含一個質數的連續整數序列.
與質數有關的理論相當多,但其中也有不少猜想尚待證明.
(1)其中最著名的猜想就是“哥德巴赫猜想”(Goldbach Conjecture).這是哥德巴赫在1742年寫給歐拉的信中提到的猜想,其內容為:
除了2以外的任何偶數,都可以用兩個質數的和表示.
歐拉無法證明這個猜想.時至今日,雖然沒有發現任何反例,但還是無人能予以證明.
將28、50、100、246以兩個質數之和表示.是否只有一種表示方式?
(2)除了2以外,所有的質數都是奇數,因此任何兩個質數(除了2)的差是偶數.這或許很明顯,但有趣的是:
所有的偶數都是兩連續質數的差.
請說明對下列偶數這種說法可以成立.
2 4 6 8 10 12 14
要得到上面的結果,你所找的質數不會大于250.
(3)在1848年,波里奈克(de Polignac)指出:
每一個奇數都可以用一個質數與一個2的乘方之和表示.
例如:25=17+23.
隨機選擇一些奇數,測試波里奈克的猜測,是否只有一種表示方法? (4)質數通常以連續奇數成對出現,如5與7、17與19、29與31.一般相信這種成對的質數有無限多個,但尚無人能加以證明. 在150與200之間只有3對這樣的質數,請把它們找出來! (5)研究下列的猜測: ①在連續的平方數之間,至少有一個質數. ②除了2與3之外的每一個質數,都可以寫成6n±1的形式,其中n為自然數. ③任何具有4n+1形式的奇質數,等于兩個完全平方數之和.