孪生素数猜想证明简述
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孪生素数猜想1849年,波林那克提出孪生素数猜想(the conjecture of twin primes),即猜测存在无穷多对孪生素数。
孪生素数即相差2的一对素数。
例如3和5 ,5和7,11和13,…,10016957和10016959等等都是孪生素数。
孪生素数是有限个还是有无穷多个?这是一个至今都未解决的数学难题.一直吸引着众多的数学家孜孜以求地钻研.早在20世纪初,德国数学家兰道就推测孪生素数有无穷多.许多迹象也越来越支持这个猜想.最先想到的方法是使用欧拉在证明素数有无穷多个所采取的方法.设所有的素数的倒数和为:s=1/2+1/3+1/5+1/7+1/11+...如果素数是有限个,那么这个倒数和自然是有限数.但是欧拉证明了这个和是发散的,即是无穷大.由此说明素数有无穷多个.1919年,挪威数学家布隆仿照欧拉的方法,求所有孪生素数的倒数和:b=(1/3+1/5)+(1/5+1/7)+(1/11+1/13)+...如果也能证明这个和比任何数都大,就证明了孪生素数有无穷多个了.这个想法很好,可是事实却违背了布隆的意愿.他证明了这个倒数和是一个有限数,现在这个常数就被称为布隆常数:b=1.90216054...布隆还发现,对于任何一个给定的整数m,都可以找到m个相邻素数,其中没有一个孪生素数.1966年,中国数学家陈景润在这方面得到最好的结果:存在无穷多个素数p,使p+2是不超过两个素数之积。
若用p(x)表示小于x的孪生素数对的个数.下表是1011以下的孪生素数分布情况:x p(x)1000 3510000 205100000 12241000000 816910000000 58980100000000 4403121000000000 342450610000000000 27412679100000000000 224376048迄今为止在证明孪生素数猜想上的成果大体可以分为两类。
第一类是非估算性的结果,这一方面迄今最好的结果是一九六六年由已故的我国数学家陈景润(顺便说一下,美国数学学会在介绍Goldston 和Yildirim 成果的简报中提到陈景润时所用的称呼是“伟大的中国数学家陈”) 利用筛法(sieve method) 所取得的。
孪生素数猜想孪生素数是指相差为2的一对素数。
例如,(3,5)、(11,13)和(17,19)都是孪生素数对。
孪生素数猜想是指存在无穷多个孪生素数对的假设。
这个猜想是数论领域的一个重要问题,其解决与否一直备受数学界的关注。
在介绍孪生素数猜想之前,我们先了解一下素数。
素数是只能被1和自身整除的正整数。
例如,2、3、5、7、11、13等都是素数,而4、6、8、9等则不是素数。
素数的分布一直是数论中一个重要的研究方向。
孪生素数猜想的历史可以追溯到18世纪。
法国数学家朗勃朗-皮埃尔·贝努利在1742年的一封信中首次提出了这个猜想。
他认为存在无穷多对形如(p,p+2)的孪生素数。
这个猜想引起了众多数学家的兴趣,并成为数论中一个备受关注的问题。
然而,数学界至今尚未成功证明孪生素数猜想。
尽管在解决素数问题方面取得了重要的进展,但证明孪生素数猜想仍然是一个巨大的挑战。
当前的研究基本上可以证实孪生素数猜想在某些范围内是成立的,但无法给出完整的证明。
在过去几十年中,数学家们通过使用先进的计算机技术和数论方法,对孪生素数猜想进行了大量的研究。
一些重要的数论工具,如素数谐振子方法、亏格筛法等,被用于分析素数的分布规律,给出了孪生素数猜想的一些可行性结果。
虽然孪生素数猜想尚未被证明,但众多数学家们认为这个猜想是成立的。
各种证据表明,孪生素数的分布呈现出一定的规律性。
例如,根据数论领域的研究,人们已经证明了存在无穷多对形如(p,p+2m)的素数对,其中p和m满足特定的条件。
这些结果为孪生素数猜想提供了一定的支持。
除了孪生素数猜想,相似的问题还有孪生素数三元组猜想和孪生素数四元组猜想。
孪生素数三元组猜想是指存在无穷多个形如(p,p+2,p+6)的素数三元组,而孪生素数四元组猜想则是指存在无穷多个形如(p,p+2,p+6,p+8)的素数四元组。
这些猜想与孪生素数猜想有着密切的联系,并且一直在数论领域中被广泛研究。
为了解决孪生素数猜想以及其他相关问题,数学家们需要进一步改进数论的理论和方法。
孪生素数猜想证明简述一:逻辑证明(最简单,但逻辑思维要求高)根据素数新定义:从祖素数2开始,素数倍数后不连续的数即为素数。
易知素数除了2以外全是奇数,所以在奇数数轴上研究素数会有奇效。
奇数数轴:3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31......,无数对相差为2(相连)的数;假设只有3为素数,去掉其倍数后数轴变为:3,5,7,11,13,17,19,23,25,29,31......,只少了一点,但依旧有无穷对素数相差2;添加5为素数,去掉其倍数后数轴变为3,5,7,11,13,17,19,23,29,31......,少的更少,剩下相差为2的素数对肯定是无穷多;等等;如此可以无穷下去,但少的越来越少,而且剩余差值为2的素数对肯定是无穷多。
所以孪生素数肯定是无穷多的。
一目了然!!!当然也很容易看出,P和P+2k的素数对也是无穷多的(波利尼亚克猜想成立)。
(参考文献:奇数轴中素数量与合数宽度的研究)二:公式证明(难度极大)在上述的逻辑证明中,我们若将奇数数轴设为单位1;则3的倍数占比为:1/35的倍数占比为:1/5-1/157的倍数占比为:1/7-1/21-1/35+1/105等等,最后可得到孪生素数在奇数中的占比(LiKe级数公式)约为:1-1/3-(1/5-1/15)-(1/7-1/21-1/35+1/105)-(1/11-1/3*11-1/5*11-...+...)-...=1-1/3-1/5-1/7-......-1/p+1/15+1/21+......+1/pq-1/105-1/165-......-1/pqr+...-...=1-∑1/P+∑1/pq-∑1/pqr+…±∑1/∏P (1)(式中所有素数为奇素数,分母为偶数个素数积时取和,为奇数时取差)关于该新颖级数的求和不在此演示。
不过它是发散的(其值应该不为0),该级数本身足以说明了孪生素数的无穷多。
第二孪生素数猜想的证明
作者:陈德建
来源:《赤峰学院学报·自然科学版》 2012年第15期
陈德建
(黎明职业大学,福建泉州 362000)
摘要:研究孪生素数的分布,三种形式筛余数的个数,分析孪素表数对的增长规律,最后用数学归纳法证明了命题.
关键词:孪生素数;筛余数;增长规律;数学归纳法
中图分类号:O156.1 文献标识码:A 文章编号:1673-260X(2012)08-0008-02
假定p是素数,而p+2也是素数,我们就称(p,p+2)是一对孪生素数[1].
例如(3,5),(5,7),(11,13),(17,19),(29,31),(41,43),(59,61),(71,73),(101,103),(107,109),…,(10016957, 10016959),…,
(109+7,109+9)…,都是孪生素数对.
关于孪生素数的猜想,有两种表述,其一是王元的表述:很早以前,人们就问孪生素数对是否有无穷多[2]?我们称之为第一孪生素数猜想,这个问题已经解决了[3].其二是加拿大R.K.盖伊的表述:如果n>6,在n和2n之间是否必存在孪生素数[4]?我们称之为第二孪生素数猜想.这个问题尚未解决.若证明第二孪生素数猜想,可推出第一孪生素数猜想成立,反之则不然.
参考文献:
〔1〕〔2〕〔5〕王元.谈谈素数[M].上海:上海教育出版社,1983.60,60,43. 〔3〕郭奕欣.孪生素数猜想的证明[J].黑龙江科技信息,2009(26).
〔4〕R.K.盖伊.数论中未解决的问题[M].北京:科学出版社,2004.29.。
“孪生素数猜想”证明务川自治县实验学校王若仲(王洪)贵州564300摘要:对于“孪生素数猜想”,我们探讨一种简捷的初等证明方法,要证明孪生素数对无穷的情形,我们可以把这样的情形转换到间接地利用奇合数的个数来加以理论分析,从而判定孪生素数对是否无穷。
关键词:特异奇数;特异奇合数;孪生素数;孪生素数猜想。
引言孪生素数猜想,最初由古希腊数学家欧几里得提出,表述为:在自然数中,存在无穷多个素数p,有(p+2)也是素数。
正文孪生素数的概念:当两个素数的差为2时,这样的两个素数称为孪生素数。
如:3和5,5和7,11和13,17和19,29和31等等。
现在把由全体奇数组成的集合,称为奇数集合。
记为G。
定义1:奇数集合G中(除1外),不能被3整除的整数,称为特异奇数。
如:5,7,11,13,17,19,23,25,29,……。
定义2:由全体特异奇数组成的集合,称为特异奇数集合。
记为G′。
定理1:任一特异奇数均可表为6k+1或6k-1的形式,k∈N,k>0。
证明:因为集合G中能被3整除的整数均可表为3(2m-1)的形式,m∈N,m>0。
则3(2m-1)+2=6m-1,3(2m-1)-2=6(m-1)+1, 对于[6(m-1)+1] ,令 m>1 。
(6m-1)和[6(m-1)+1]均为不能被3整除的奇数,根据定义1,(6m-1)为特异奇数,[6(m-1)+1](m>1)为特异奇数。
故定理1成立。
定义3:我们把既是特异奇数,又是素数的整数,称为特异素数。
如:5,7,11,13,17,19等等。
定义4:我们把既是特异奇数,又是合数的整数,称为特异奇合数。
如:25,35,49,55,77等等。
定理2:对于任一特异奇合数a,a均可表为下列三种形式之一:(1)a=36kh-6k-6h+1,(2)a=36kh+6k+6h+1,(3)a=36kh+6k-6h-1,其中k∈N,h∈N,k>0,h>0。
证明:对于任一特异奇合数a,a总可以分解为两个特异奇数的乘积,我们令a=bc,根据定理1,b=6k+1或6k-1,k∈N,k>0,c=6h +1或6h-1,h∈N,h>0。
小于自然数M内孪生素数的对数一一孪生素数猜想证明的应用孪生素数都是成对出现的。
给定一个自然数M、在小于M内有多少对孪生素数?(一)本文的计算方法基于孪生素数猜想证明中的以下几条结论:a、任何非1奇数都有奇数核、2n±1两个奇数定义为同核奇数,n即为他们的共同核。
b、同核奇数只可能是三种形态:1、同核的二个奇数皆为合数。
2、同核奇数中一个是合数、另一个是素数。
3、同核的两个奇数都为素数,称为“同核素数〞、也就是学界的孪生素数。
C、根据b、中2、同核奇数中一个是合数另一个是素数得出的推论:单体素数即学界认为除孪生素数外的所有素数、所有单体素数核一定存在于对应的合数核中。
进一步得出的推论是:只要将所有的合数核去除后、则包含在合数核中的单体素数核也同时去除。
d、由c推论:“同核素数”即孪生素数的核一定存在于所有合数核以外的非零自然数N*中,而且有无穷多个。
逻辑如下:非1奇数只可能为合数、单体素数、孪生素数,所以奇合数核也只可能是这三种核;非零自然数N*(1、∞)中每个数均可成为奇数核、全部自然数N*不可能都是合数核、所以自然数N*中去除合数核后、其余的都是孪生素数的核、(因为单体素数的核在去除所有的合数核时也同时被去除)。
一个核产生一对孪生素数。
e、由6列完美等差数列群、可以直接推出、所有素数最终形式为6n±1、孪生素数当然也存在于6n±1之中、6n±1去掉1除以2得出核为3n、即所有孪生素数核一定存在于3n中。
(二)给定一个自然数M、在小于M这个数值内有多少对孪生素数呢?例子:自然教111、小于111的孪生素数有多少对?1、111中有多少奇数核?n=(111-1)/2=55个,加强直观理解、可以验证n=1、2、3、……55、则奇数为3、5、7……111。
2、我们知道所有非零自然数N*都可以成为奇数核,而全部自然数N实质是由3列完美等差数列群组成:3n、3n+1、3n+2(n∈N),分别对这三列等差数列的性质进行研究、可以得出:3n+1、3n+2、(n∈N*)二列无穷等差数列的每个值全部是合数核的值,(参看以前发表的孪生素数猜想证明的文章)。
孪生素数猜想初等证明详解齐宸孪生素数是指相差2的素数对,例如3和5,5和7,11和13…。
孪生素数猜想正式由希尔伯特在1900年国际数学家大会的报告上第8个问题中提出,可以这样描述:存在无穷多个素数p,使得p + 2是素数。
素数对(p, p + 2)称为孪生素数。
孪生素数由两个素数组成,相差为2。
为了证明孪生素数猜想,无数的数学家曾为之奋斗,但美丽的公主仍然犹抱琵琶半遮面。
1.孪生素数分类及无个位表示方法孪生素数按两个素数个位不同划分3类(不包括10以下的3-5、5-7),分别是:1、孪生素数中两个素数个位为1和3,如11-13,41-43等;2、孪生素数中两个素数个位为7和9,如17-19,107-109等;3、孪生素数中两个素数个位为9和1,如29-31,59-61等。
三类孪生素数中个位为1和3的第一类是我们需要重点研究的,其他两类可以忽略不计。
因为只要第一类孪生素数无限,也就等价于证明了孪生素数猜想。
自有孪生素数概念以来它们就是由两个素数表示的。
若是能简化成一个数字那孪生素数猜想这一世界数学难题也许就向前迈进了一步。
无论这一步是一小步,还是一大步。
但毕竟能将两个素数组成的孪生素数降格成了像素数那样的单个数字。
分析一下个位为1和3的这一类孪生素数,如41-43这对孪生素数。
首先,分别去掉个位1和3后,可以看到剩下了两个数字4和4。
用这两个数字完全可以表示一对孪生素数,当然我们心里要想着在这两个数字后面是有个位1和3的。
其次,这两个去掉个位的数字又是完全相同的,都是一个数字“4”。
这样也就完全可以用一个数字“4”来表示一对孪生素数,也可以说4是一个单数字无个位孪生素数。
当然表面上看只有第一类、第二类孪生素数可以用一个数字表示(实际上第三类也可以)。
为什么一定要去掉个位呢?可将自然数变成互为补集的两类:孪生素数和非孪生素数。
并利用一种简单的筛法,将自然数中的非孪生素数及其补集孪生素数分开。
而且这个筛法所要得到的是非孪生素数。
关于孪生素数猜想的证明关于孪生素数猜想的证明Һ吴国胜㊀(安徽省电子器材公司,安徽㊀合肥㊀230061)㊀㊀ʌ摘要ɔ本文的目的在于用筛法㊁解析方法等基础理论证明在自然数中存在无穷对孪生素数,并给出孪生素数分布的下界.ʌ关键词ɔ孪生素数猜想;定义及推论;误差值引㊀言两个相差2的素数称作一对孪生素数.在自然数中存在无穷对孪生素数的猜想是古希腊人提出来的,迄今大约有二千年的历史了,它和1742年德国人提出的Goldbach猜想被人们喻为姐妹问题.德国杰出的数学家Hilbert1900年在巴黎召开的第二届国际数学家代表大会上提出二十三个著名问题,孪生素数猜想是其中第八个问题的一部分.本文的目的在于对以下定理给出详细证明.定理命ω(x)表示不超过x的孪生素数组数,对于充分大的N,存在无穷多个整数点Miɪ[N,+ɕ),有ω(Mi)ȡ0.37Miln2Mi.有简单推论,对于任意xȡN,总有ω(x)ȡ0.37lnx(lnlnx)2.孪生素数猜想成立.一㊁定义及推论定义1㊀命2,3为原素数,不再以P表示.素数以Pi表示,其中P1=5,P2=7,P3=11, ,以此类推.相应地,孪生素数从5,7开始计算.定义2㊀Zj=ᵑji=1Pi.定义3㊀命6n-1与6n+1为一对孪生组,n为正整数.推论1㊀命D(x)表示[0,x]间孪生组的组数,则D(x)=x-16[],1ɤx,0,0ɤx<1.æèçç定义4㊀B(x,Pj)为[0,x]间一方含Pj因子而双方均与Zj-1互素的孪生组的组数,称作x内Pj的孪生类数.(xȡPj).推论2㊀ω(x)-ω(x)=D(x)-ðp1ɤpjɤxB(x,Pj).定义5㊀当(6,kn)=(k,n)=1定义T(k,n)ʉ(kn)2+6kq(mod6kn),其中q满足3kqʉ1(modn),特别地,T(k,1)ʉk2(mod6k).定义6㊀B∗(x,Pj)=2DxPj()-2ðP1ɤPiɤPj-1BxPj,Pi(),为二倍于0,xPj[]间不小于Pj孪生类的孪生组数.(xȡP2j).(注:本文[α],{α}分别表示α的整数与分数部分,并将[α+β]+[α-β]简记作[αʃβ],将{α+β}+{α-β}简记作{αʃβ},将sin(α+β)+sin(α-β)简记作sin(αʃβ).)二㊁第一类误差关系式的建立引理1㊀B(x,Pj)=ðn|zj-1m|zj-1(m,n)=1μ(mn)(x+T(Pjm,n)-26Pjmnéëêùûú+x-T(Pjm,n)6Pjmnéëêùûú+1)(xȡPj).证:当(m,n)=(6Pj,mn)=1时,由定义5有T(Pjm,n)ʉ0(modPjm),1(mod6).{T(Pjm,n)-2ʉ0(modn),-1(mod6).{故T(Pjm,n)与T(Pjm,n)-2为分别由Pjm与n因子组成的孪生组,后者为6K-1型,同样T(n,Pjm)与T(n,Pjm)-2为另一组分别由Pjm与n因子组成的孪生组,后者为6K-1型,且-T(Pjm,n)ʉT(n,Pjm)-2(mod6Pjmn).根据剩余系互补的性质,当(m,n)=(6Pj,mn)=1,对于任意xȡPj,在[0,x]间一方含Pjm因子,另一方含n因子的孪生组数:D(x,Pjm,n)=x+T(pjm,n)-26Pjmnéëêùûú+x-T(Pjm,n)6Pjmnéëêùûú+1.由定义4和Brun的包含排除定理(文献[6]第一章ɦ7定理1),即得引理.又当(m,n)>1时,恒有μ(mn)=0,故引理中(m,n)=1的条件可以不必要.证毕.引理2㊀(Ⅰ)B∗(x,Pj)=ðn|zj-1m|zj-1μ(mn)æèççxPj+T(m,n)-26mnéëêêêùûúúú+xPj-T(m,n)6mnéëêêêùûúúú+1öø÷÷-1(xȡP2j).(Ⅱ)若用T(Pjm,n)代替T(m,n),上式亦成立.证:当m=n=1时,T(1,1)ʉ1(mod6),μ(1)=1,ʑxPj+T(1,1)-26éëêêêùûúúú+xPj-T(1,1)6éëêêêùûúúú+1-1=2xPj-16éëêêêùûúúú=2DxPj(),又T(m,n)-2ʉ-T(n,m)(mod6mn).由定义6和引理1即得(Ⅰ)成立.ȵ(Pj,mn)=(Pj,Zj-1)=1,ʑT(Pjm,n)ʉT(m,n)(mod6mn).又T(Pj,1)ʉP2jʉ1(mod6),ʑxPj+P2j-26éëêêêùûúúú+xPj-P2j6éëêêêùûúúú+1-1=2xPj-16éëêêêùûúúú=2DxPj(),故(Ⅱ)亦成立,证毕.引理3㊀B(x,Pj)-B∗(x,Pj)ɤh(x,Pj)+O(1)(xȡP2j),h(x,Pj)=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=12nπsinnπx3Pjd㊃cosnπT(Kξ)3Pjd-cosnπT(Kξ)3dæèçöø÷,其中T(Kξ)=TPjKξ,Zj-1Kξæèçöø÷,Kξ为Ki|Zj-1之某一值,v(d)表示d的不同素因子的个数,v(1)=0.证:命φ表示Ki|Zj-1的集合,因Zj-1无重复素因子,故对于任一Zj-1,Ki之集合有且仅有ðj-1k=1Ckj-1=2j-1个元素组成,当(l1,l2)=(l1,6Pjmn)=(l2,6Pjmn)=1,有T(l1Pjm,l2n)ʉT(Pjm,n)(mod6Pjmn).由引理1,2即可得到:B(x,Pj)-B∗(x,Pj)=ðKi|Zj-112j-1ðd|Zj-1μ(d)2v(d)㊃æèççx+T(Ki)-26Pjdéëêùûú+x-T(Ki)6Pjdéëêùûú-xPj+T(Ki)-26déëêêêùûúúú-xPj-T(Ki)6déëêêêùûúúúöø÷÷+1,(1)现估计(1)式中第一㊁三两项中消去-2后所产生的误差R=R1+R3,命Ai=x+T(Ki)有:Ai-26Pjdéëêùûú=[Ai]-26Pjdéëêùûú=Ai6Pjdéëêùûú-1,当[Ai]ʉ0或1(mod6Pjd),Ai6Pjdéëêùûú,其他.ìîíïïïï故知只有当[Ai]=6PjMiDi+δ(δ=0或1,其中Di|Zj-1)时才产生误差,根据同余的性质有:ðd|Diμ(d)2v(d)=1,v(Di)为偶数或0,-1,v(Di)为奇数,{ʑR1ɤ12j-1ðKi|Zj-11=1,同样可证得|R3|ɤ1.ʑ|R|ɤ|R1|+|R3|ɤ2,故由(1)式知必定存在某一Kξ|Zj-1,使得:B(x,Pj)-B∗(x,Pj)ɤh(x,Pj)+O(1),其中h(x,Pj)=ðd|Zj-1μ(d)2v(d)æèççxʃT(kξ)6Pjdéëêùûú-xPjʃT(Kξ)6déëêêêùûúúúöø÷÷,ȵPjKξ|T(Kξ),Zj-1Kξ|T(Kξ)-2,(注:以下将T(Kξ)简记作T)ʑd|Zj-1|T(T-2).因d无重复素因子,故知对于任意d,当dȡ4x2可分解为d=d1d2,其中d2ȡd1ȡ1,使d2|T或者d2|(T-2)两者之一成立.显然d2ȡ2x>x+2Pj(xȡP2j),如d2|T成立,有0<xd2=β<1,Td2=L,显然(6,L)=1,因而-L6q[]=-1-L6q[](q为正整数),故有:xʃT6Pjd[]-xPjʃT6déëêêêùûúúú=βʃL6Pjd1[]-βʃPjL6Pjd1éëêùûú=ʃL6Pjd1[]-ʃL6d1[]=0,同样如d2|(T-2),则有0<x+2d2=β1<1,0<x-2d2=β2<1,0<x+2Pjd2=β3<1,0<x-2Pjd2=β4<1,T-2d2=L,则(6,L)=1,即有xʃT6Pjd[]-xPjʃT6déëêêêùûúúú=β1+L6Pjd1éëêùûú+β2-L6Pjd1éëêùûú-β3+PjL6Pjd1éëêùûú-β4-PjL6Pjd1éëêùûú=ʃL6Pjd1[]-ʃL6d1[]=0,ʑh(x,Pj)=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)xʃT6Pjd[]-xʃPjT6Pjdéëêùûúæèçöø÷=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)xʃPjT6Pjd{}-xʃT6Pjd{}æèçöø÷,(2)由Fourier展开式,当{α}ʂ0时有:{α}=-ðɕn=11nπsin(2nπα)+12,(3)ȵPj|T,ʑ只需取x,当Pj|x,即有(2)式中任意一项{αi}ʂ0均适用于(3)式,故(2)式又可表示为:h(x,Pj)=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=12nπsinnπx3Pjd(cosnπT3Pjd-cosnπT3d),证毕.三、第一类误差值的计算引理4㊀用M[F1(y)]表示函数F1(y)的Mellin变换式,若有M[F1(y)]=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ds-2(ζ(2-s)-1)(s-1),取σ=ReS=1-1lny,当y>Pj时,必有|F1(y)|=Oln2Pjylnyæèçöø÷.证:σ=1-1lny>1-1lnPj>0.首先证明M[F1(y)]绝对收敛.令H(s)=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ds-2,(4)则H(s)ɤðd|Zj-2|μ(d)|2v(d)|ds-2|=ᵑP|Zj-1(1+2Pσ-2),ʑln|H(s)|ɤlnᵑP|Zj-1(1+2Pσ-2)=ðP1ɤPɤPj-1ln(1+2P-1-1lny)ɤðP1ɤPɤPj-12P-1=2lnlnPj+O(1).(参见文献[2]第七章ɦ3Mertens公式)ʑ|H(s)|=Ο(ln2Pj)绝对收敛.又Re(2-s)=1+1lny>1,令b1(u)={u}-12,有ζ(2-s)=11-s+12-(2-s)ʏɕ1b1(u)u3-sdu=-1s-1+1+ʏɕ1{u}dus-2,(参考文献[1]第八章ɦ2)ʏɕ1{u}dus-2为{u}ʂ0时的瑕积分,记作P㊃V.P㊃Vʏɕ1{u}dus-2={u}us-2ɕ1-P㊃Vʏɕ1us-2d{u}=-P㊃Vʏɕ1us-2d{u}dudu,当{u}ʂ0,由(3)式有d{u}du=-2ðɕn=1cos(2nπu)=-limλңɕsinλ+12()2πusinπu+1,(参考文献[7](3.6.1)式)综上即得:Q=(ζ(2-s)-1)(s-1)=-1+(s-1)P㊃Vʏɕ1us-2limλңɕsinλ+12()2πusinπu-1æèççöø÷÷du=-1+P㊃Vʏɕ1(limλңɕsinλ+12()2πusinπu-1)dus-1=P㊃Vʏɕ1limλңɕsinλ+12()2πusinπudus-1,ʑ|Q|ɤP㊃Vʏɕ1|limλңɕsinλ+12()2πusinπu|㊃|dus-1|=|limλңɕsinλ+12()2πξsinπξ|ʏɕ1du-1lny|ɤ1sinπξ<+ɕ({ξ}ʂ0),ʑM[F1(y)]绝对收敛.令ʏ(σ)=limAңɕʏσ+iAσ-iA,由文献[1]第十二章ɦ1引理1有:F1(y)=12πiʏ(σ)M[F1(y)]y-sds=12πiʏ(σ)H(s)(ζ(2-s)-1)(s-1)y-sds=-12πiʏ(σ)H(s)(ζ(2-s)-1)dy-s+1dyds=i2πʏ(σ)H(s)(ζ(2-s)-1)dsdydy-s+1.ȵζ(2-s)-1=ðɕn=21n2-s,ʑ|ζ(2-s)-1|ɤðɕn=21n1+1lny=ʏɕ1duu1+1lny+O(1)=-lny㊃u-1lnyɕ1+O(1)=lny+O(1),dsdy=d1lnydy=1yln2y,|yit|=|eitlny|=1,y-σ+1=y1lny=e.当y>Pj,lny>lnPj≫1,ʑ|F1(y)|ɤʏ(σ)|H(s)||ζ(2-s)-1|dsdy|dy-s+1|ɤʏ(σ)O(ln2Pj)(lny+O(1))1yln2ydy1lny=Oln2Pjylnyæèçöø÷,证毕.引理5㊀对于充分大的x,恒有B(x,Pj)-B∗(x,Pj)ɤOxln3PjP2jæèçöø÷+O(1),当Pjɤx12时,误差项O(1)可以不计.证:(Ⅰ)当Pjɤ6lnx时,ȵðɕn=12nπsinnπαcosnπβɤ1,又v(P)=1,由引理3有:h(x,Pj)ɤ2ðd|Zj-1|μ(d)|2v(d)=2ᵑP|Zj-1(1+2v(P))=2㊃3j-1.由素数定理得j=π(Pj)=PjlnPj1+O1lnPj()().ʑB(x,Pj)-B∗(x,Pj)ɤ2㊃3j-1+O(1)<3jɤ37lnxlnlnx=x7ln3lnlnx<x12≪xln3PjP2j.(Ⅱ)当x12<Pjɤx,显然有B(x,Pj)-B∗(x,Pj)=B(x,Pj)=1,Pj与Pj+2为孪生素数,0,其他.{(Ⅲ)现着重讨论6lnx<Pjɤx12的情形.由引理3我们有:㊀h(x,Pj)=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=14nπ㊃nπd㊃sinnπx3PjdʏT6T6Pjsin2nπqddq=ʏT6T6Pjðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=12d(cosq-x6Pjd2nπ-cosq+x6Pjd2nπ)dq=ʏT6T6Pjʏq+x6Pjq-x6Pj(ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=14nπd2sin2nπdy)dydq=ʏT6T6Pjʏq+x6Pjq-x6PjF(y)dydq.由积分不等式,当b>aȡ0时,若在区间[a,b]上f(x),g(x)可积,|f(x)|ɤ|g(x)|,则有ʏbaf(x)dxɤʏba|f(x)|dxɤʏba|g(x)|dx.又F(y)可积,则有:h(x,Pj)ɤʏT6T6Pjʏq+x6Pjq-x6PjF(y)dydq,(5)F(y)是实连续函数,y>0(见(9)式),我们可对其取Mellin变换,令ReS=1-1lny,当α>0时,M[sinαx]=ʏɕ0sinαx㊃xs-1dx=α-sΓ(s)sinπs2,ʑM[F(y)]=ðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)ðɕn=1(nπ)1-s22-sΓ(s)ds-2sinπs2,(6)ðɕn=1n1-s=ζ(s-1),Γ(s)=(s-1)Γ(s-1)(文献[5]第二章ɦ2定理2),sinπs2=cosπ(s-1)2.根据RiemannZeta函数解析开拓的性质(文献[3]第二篇第二章ɦ2定理2.1)有ζ(1-s)=21-sπ-scosπs2Γ(s)ζ(s)普遍成立.ʑ由(6)式和(4)式有:M[F(y)]=ζ(s-1)Γ(s-1)(s-1)π1-s22-sH(s)㊃cosπ(s-1)2=ζ(2-s)(s-1)H(s),令F(y)=F1(y)+F2(y),则M[F(y)]=M[F1(y)]+M[F2(y)],其中M[F1(y)]=(ζ(2-s)-1)(s-1)H(s),(7)M[F2(y)]=(s-1)H(s),相应地,h(x,Pj)=h1(x,Pj)+h2(x,Pj),首先证明h2(x,Pj)=0.ȵPjKξT,Zj-1Kξ(T-2)(见引理3),ʑTȡPjKξ,T-2ȡZj-1Kξ,T2>T(T-2)ȡPjKξ㊃Zj-1Kξ=PjZj-1=Zj,T>Zj(注:当xȡP2j,必有d通过所有PɤPj-1,故(5)式中T不变.)由文献[1]第三章ɦ1定理2契贝谢夫θ函数性质有:lnT>12lnZj>12-ε()Pjȡ12-ε()6lnx>2.8lnx,即有1lnT=O1Pj(),(8)及T>x2.8,又xȡP2j,由(5)式知yȡq-x6PjȡT-x6Pj>x2.8-x6x≫x2.2≫4x2,(9)h2(x,Pj)=ʏT6T6Pjʏq+x6Pjq-x6PjF2(y)dydq=(ʏɕT-x6Pj-ʏɕT-xPj6-ʏɕT+x6Pj+ʏɕT+xPj6)ʏɕφF2(η)dηdφ,由Mellin变换公式(文献[8]581页),若M[f(y)]=M(s),则有:M[ʏɕyf(φ)dφ]=M(s+1)s成立,由此推出:M[ʏɕyʏɕφf(η)dηdφ]=M(s+2)(s+1)s成立.令U(y)=ʏɕyʏɕφF2(η)dηdφ,由M[F2(y)]=(s-1)H(s)得到M[U(y)]=(s+2-1)H(s+2)(s+1)s=1sH(s+2),由(9)式y≫4x2,即σ=1-1lny>0,因而|M[U(y)]|=1σ+itH(2+σ+it)ɤðd|Zj-1|μ(d)|2v(d)dσ1σ+it=1σ2+t2ðd|Zj-1|μ(d)|2v(d)dσ<+ɕ绝对收敛.即有:U(y)=12πiʏσ+iɕσ-iɕM[U(y)]y-sds=12πiʏσ+iɕσ-iɕðd|Zj-1(d<4x2)μ(d)2v(d)1sdy()sds,根据Mellin变换表(文献[8]582页)有12πiʏσ+iɕσ-iɕ1sαy()sds=1(y<α),0(y>α),{(σ>0)由(9)式得y>4x2>d,ʑU(y)=0,即可得到h2(x,Pj)的各项积分均为0,ʑh2(x,Pj)=0.又F1(y)满足引理4的条件,由(5)式有:h(x,Pj)=h1(x,Pj)ɤOʏT6T6Pjʏq+x6Pjq-x6Pjln2Pjylnydydqæèçöø÷=Oln2PjʏT6T6Pjlnlnq+x6Pj()lnq-x6Pj()dqæèçççöø÷÷÷=Oxln2PjPjʏT6T6Pjdqqlnqæèçöø÷=Oxln2PjPjlnlnT6lnT6Pjæèçççöø÷÷÷=Oxln3PjPjlnTæèçöø÷=Oxln3PjP2jæèçöø÷.注1:上式中,lnlnq+x6Pj()lnq-x6Pj()=lnlnq+ln1+x6qPj()lnq+ln1-x6qPj()=Oln1+1lnqln1+x6qPj()()()=O1lnqln1+x6qPj()()=O1lnq㊃x6qPj()=OxPjqlnq().注2:上式中,lnlnT6lnT6qPj=lnlnT6lnT6+ln1Pj=ln11-lnPjlnT6=Oln1+lnPjlnT6æèççöø÷÷æèççöø÷÷=OlnPjlnTæèçöø÷.最后一步用到(8)式,综上即得到引理.证毕.四㊁函数G(u)的性质引理6若G(u)满足方程G(u)=1u2,㊀㊀㊀㊀㊀㊀1ɤuɤ2,㊀㊀㊀㊀(10)(u2G(u))ᶄ=2uG(u-1),u>2,(11){则G(u)为连续函数,对于任意uȡ1,恒有14ɤG(u)ɤ1.证:令G(u)=G1(u)+G2(u),其中G1(u),G2(u)满足方程:G1(u)=1u2,G2(u)=0,㊀1ɤuɤ2,(u2G1(u))ᶄ=2uG2(u-1),(u2G2(u))ᶄ=2uG1(u-1),u>2,{解之即知G1(u),G2(u)均为连续函数,故G(u)为连续函数.由(10)式知,当1ɤuɤ2时,有14ɤG(u)ɤ1成立.用数学归纳法证明,当u>2时,也有14ɤG(u)ɤ1.由(11)式即得:u2G(u)-22G(2)=2ʏu2tG(t-1)dtɤ2ʏu2tdt=u2-22,ʑG(u)ɤ1-3u2ɤ1.又u2G(u)-22G(2)=2ʏu2tG(t-1)dtȡ12ʏu2tdt=14(u2-22)=14u2-1,ʑG(u)ȡ14.证毕.五、定理的反证1.在假设基础上得到的结果(第二类误差值的计算)引理7㊀对于充分大的N,当yȡN时,假设恒有ω(y)<Cyln2y㊀(12)成立,C=0.37,则当x12ȡPjȡlnxȡN时,恒有B(x,Pj)<2CG(u)xPjln2Pj+OxPjln3Pjæèçöø÷成立,其中Pj=x1u+1,即u=lnxlnPj-1.证:用数学归纳法证明.当N充分大,PjȡN时,有Pjȡln7Pj,故有xP2jln3PjɤxPjln4Pj.当x12ȡPjȡx13(1ɤuɤ2)时,由(12)式,引理5,定义6及推论2有:B(x,Pj)ɤB∗(x,Pj)+OxP2jln3Pjæèçöø÷=2ωxPj()-2ω(Pj-1)+OxPjln4Pjæèçöø÷<2CxPjln2xPj()+OxPjln4Pjæèçöø÷=2CxPj(lnxuu+1)2+OxPjln4Pjæèçöø÷=2Cxu2Pjln2Pj+OxPjln3Pjæèçöø÷,即知当1ɤuɤ2时,G(u)=1u2,引理成立.若x1k-1ȡPjȡx1k,kȡ3(即k-2ɤuɤk-1),引理成立,则当x1kȡPjȡx1k+1,k-1ɤuɤk时由引理5及推论2有:B(x,Pj)ɤB∗(x,Pj)+OxP2jln3Pjæèçöø÷=2ðPjɤPiɤxPj()12BxPj,Pi()+2ωxPj()-2ωxPj()12()+OxPjln4Pjæèçöø÷.此处着重说明:在以上递推计算中每项都有一个差式,如记作ω+i-ω-i,易见对于每个差式,恒有ω+iȡω-iȡω(Pj),故参加递推和式计算之ω(t)均符合引理假设的条件,即:ωxPj()ȡω(t)ȡω(Pj)ȡω(lnx)ȡω(N).又x1k+1ɤPj,ʑxɤPk+1j,即有xPj()1kɤPjɤPiɤxPj()12.因而可由已知递推得:B(x,Pi)<4CðPjɤPiɤxPj()12GlnxPjlnPi-1æèççöø÷÷xPjPiln2Pi+OðPjɤPiɤxPj()122xPjPiln3Piæèçöø÷+2CxPjln2xPj()+OxPjln4Pjæèçöø÷,(13)用Abel恒等式计算:Ω=ðPjɤPiɤxPj()12GlnxPjlnPi-1æèççöø÷÷1Piln2Pi,在文献[1]第三章ɦ1引理2中取A(t)=ðPɤtlnPP,当tȡPjȡlnx充分大时,由文献[1]第四章命题(C)式有:A(t)=ðnɤtΛ(n)n-ðmȡ2ðPɤt1mlnPPm=lnt-γ+O(1)-E(t),其中γ为Euler常数,E(t)=ðmȡ2ðPlnPPm-ðmȡ2ðP>t1mlnPPm=α1+Oʏɕtlnqq2dqæèçöø÷=α1+Olnttæèçöø÷=α1+O(1),ʑA(t)=lnt-α+O(1),ȵα1,γ均为与t无关的常数,ʑα亦为与t无关之常数.令H(t)=lnt,r(t)=-α+O(1),f(t)=GlnxPjlnt-1æèççöø÷÷1ln3t.ȵH(t)连续可微,及14ɤG(u)ɤ1,由文献[1]第三章ɦ1引理2即可得到:Ω=ʏxPj()12PjGlnxPjlnt-1æèççöø÷÷dttln3t+RxPj()12,Pj()其中RxPj()12,Pj()=rxPj()12()fxPj()12()-r(Pj)f(Pj)-ʏxPj()12Pjr(t)fᶄ(t)dt=OfxPj()12()+O(f(Pj))+OʏxPj()12Pjfᶄ(t)dt()=O1ln3Pjæèçöø÷.故由(13)式即有:B(x,Pi)<4CxPjʏxPj()12PjGlnxPjlnt-1æèççöø÷÷dttln3t+OxPjln3Pjæèçöø÷+OxPjʏxPj()12Pj2tln4tæèçöø÷dt+2CxPjln2xPj()+OxPjln4Pjæèçöø÷=4CxPjln2xPj()ʏxu2(u+1)x1u+1GlnxPjlnt-1æèççöø÷÷㊃lnxPjlntæèççöø÷÷3dlntlnxPjæèççöø÷÷+OxPjln3Pjæèçöø÷+OxPjʏ12lnxPjlnPj2τ4dτæèçöø÷+2Cxu2Pjln2Pj+OxPjln4Piæèçöø÷=2Cxu2Pjln2Pjʏu22βG(β-1)dβ+O2x3Pjln3Pjæèçöø÷+OxPjln3Pjæèçöø÷+2Cxu2Pjln2Pj=2Cxu2Pjln2Pj[β2G(β)]u2+OxPjln3Pjæèçöø÷+2Cxu2Pjln2Pj=2CG(u)xPjln2Pj+OxPjln3Pjæèçöø÷,其中22G(2)=1,故引理亦成立.证毕.2.由正态分布及其误差值计算所得到的结果引理8㊀当100lnxȡPjȡlnxȡN时,有B(x,Pj)>0.75xPjln2Pj.证:由引理1即可得到:B(x,Pj)=ðm|Zj-1n|Zj-1μ(mn)2x6Pjmn+O(3j)=x3Pjðd|Zj-1μ(d)2v(d)d+O(3j)=x3PjᵑP|Zj-11-2P()+O(3j)(参见文献[3]15页)ᵑP|Zj-11-2P()=ᵑP|Zj-1(P-1)2P2ᵑP|Zj-1P(P-2)(P-1)2=ᵑP|Zj-1P-1P()2ᵑP|Zj-11-1(P-1)2æèçöø÷,由Mertens公式(文献[2]第七章ɦ3)有ᵑP|Zj-1P-1P()=3㊃(2-1)(3-1)2㊃3ᵑP|Zj-1P-1P=3e-rlnPj1+O1lnPj()(),又1>ᵑP|Zj-11-1(P-1)2æèçöø÷>ᵑP1-1(P-1)2æèçöø÷>(32-1)ᵑ(P2-1)32ᵑP2=43(22-1)(32-1)ᵑ(P2-1)22㊃32ᵑP2éëêêùûúú=43ðɕn=11n2æèçöø÷-1=43π26()-1=8π2>0.81.由素数定理,当lnx充分大时,有jɤ1.1PjlnPjɤ110lnxlnlnx<12lnx,ʑO(3j)=O(312lnx)=O(xln32)=O(x0.6).综上即得B(x,Pj)=x3Pj㊃9e-2rln2Pj1+O1lnPj()()2㊃ᵑP|Zj-11-1(P-1)2æèçöø÷+O(x0.6)>3e-2r(1-0.01)20.81xPjln2Pj+O(x0.6)>0.7507xPjln2Pj+O(x0.6)>0.75xPjln2Pj,证毕.三㊁结㊀论当100lnxȡPjȡlnxȡN时,由引理7又有:B(x,Pj)<2CG(u)xPjln2Pj+OxPjln3Pjæèçöø÷ɤ2CxPjln2Pj+OxPjln3Pjæèçöø÷<(2C+ε)xPjln2Pj<0.75xPjln2Pj,这就与引理8的结果相矛盾,因此引理7的假设不能成立.因引理7计算中的ω(t)均为:ω(x)ȡω(t)ȡω(lnx)ȡω(N),故可推出至少存在一点ξ,xȡξȡlnx,有:ω(ξ)ȡ0.37ξln2ξ成立.故有:ω([ξ])=ω(ξ)ȡ0.37ξln2ξȡ0.37[ξ]ln2[ξ].(14)即可推出在[N,eN]之间至少有一个整数点m1使(14)式成立,同样在[m1,em1]之间至少有一个整数点m2使(14)式成立,如此等等,依次类推,就证明了定理的真实性.由上述我们立即可以得到一个简单的推论:对于任意xȡN,总有:ω(x)ȡ0.37lnx(lnlnx)2成立.孪生素数猜想得证.定理证毕.ʌ参考文献ɔ[1]潘承洞,潘承彪.素数定理的初等证明[M].上海:上海科学技术出版社,1988.[2]潘承洞,潘承彪.哥德巴赫猜想[M].北京:科学出版社,1981.[3]闵嗣鹤.数论的方法(上册)[M],北京:科学出版社,1981.[4]闵嗣鹤,严士健.初等数论(第二版)[M].北京:人民教育出版社,1982.[5][苏]A.A.卡拉楚巴著,潘承彪,张南岳译.解析数论基础(中译本)[M].北京:科学出版社,1984.[6]华罗庚.数论导引[M].北京:科学出版社,1979.[7]G.H.哈代,W.W.洛戈辛斯基著,徐瑞云,王斯雷译.富里埃级数(中译本)[M].上海:上海科学技术出版社,1978.[8]‘数学手册“编写组.数学手册[M].北京:人民教育出版社,1979.[9]潘承洞.素数分布与哥德巴赫猜想[M].济南:山东科学技术出版社,1979.。
孪生素数有无穷多对的简单证明大于1的正整数,如果仅有1和自身两个因子,则称它为素数,否则为合数,以p n表示第n个素数,例如,p1=2,p2=3,p3=5……p168=997,…。
令d n=P n+1-P n,则d1=1,d2=2…。
人们自然地提出一个问题,是不是有无穷多个d n=2?这是一个尚未解决的问题。
1、序号筛法Eratosthenes筛法即给定一个正整数x,把不超过x的一切正整数按大小关系排成一串,1,2,3,4,5,……x,记p x是不大于X1/2的最大素数,从上述数串中,首先划去1,然后逐项的划去。
22+2n32+3n52+5n……(n=1,2,3,4……)最后该数串留下的数都是素数,显然对任何给定的正整数串,用上面的方法,也可以找出其中的素数。
令大写字母表示集合,N表示自然数集合,P表示所有素数的集合,P1表示从P中去掉2,3,后的集合,即P1={5,7,11,13,17,19……}对任何P∈P1,P的型式不为6K-1,就为6L+1,其中K,L为某个整数,对任何P∈P1,引入一个关联的伴生数,q,使得|p-q|=2,我们不妨约定,若p=6k-1,取q=6k+1,若p=6k+1,取q=6k-1,q可以是素数,也可以合数。
例如:p=5,7,11,13,17,19,23,29,31……q=7,5,13,11,19,17,25,31,29…令N0={0}UN={0。
1,2,3,4,5……},对任何P∈P1记显然(p2-1)/6和(pq+1)/6都是整数,Lp、Sp、L及S都是N的子集,N与L、N与S的差集分别简记为。
引理1,若a∈L p,则6a-1为合数,若b∈S p,则6b-1为合数。
证明:对任何P∈P1,若a∈L P,则存在一个n∈N0。
使得a=(P2-1)/6+np;若n∈S p,则存在一个m∈N0,使得b=(pq+1)/6+mp,由此有等式6a+1=p (p+6n)及6b-1=p(q+6m)为合数。
“哥德巴赫猜想”及“孪生素数猜想”的证明王若仲 1 谭谟玉2贵州省务川自治县实验学校王若仲(王洪)贵州省务川自治县农业局谭谟玉摘要:我闲遐之余,喜好研究数学问题,我在一次偶然探究中,发现了“哥德巴赫猜想”的简捷证明方法,即就是不具体研究单个素数的位置如何,也不研究设定区域内素数的数量如何,而是利用集合的概念,设置一定的条件,在宽泛的前提下探讨整体情形,即假设偶数6,8,10,…,(2m-2),(2m)(m≧3);它们均可表为两个奇素数之和。
设奇合数a1,a2,a 3,…,at均为不大于偶数2m的全体奇合数,(ai<aj,i<j,i、j=1,2,3,…,t),t∈N。
则集合{1,(2m-1)}∪{(2m-a1),(2m-a2),(2m-a3),…,(2m-at)}∪{a1,a2,a3,…,a t }有缺项。
利用前面已知情形,证明集合{(2m-a1),(2m-a2),(2m-a3),…,(2m-at)}∪{(a1+2),(a2+2),(a3+2),…,(at+2)}有缺项;利用该结论以及前面已知情形,证明集合{(2m-a1),(2m-a2),(2m-a3),…,(2m-at)}∪{(a1-2),(a2-2),(a3-2),…,(at-2)}也有缺项;假设偶数(2m+2)不能表为两个奇素数之和,设奇合数a1,a2,a3,…,ar均为不大于偶数(2m+2)的全体奇合数,(ai <aj,i<j,i、j=1,2,3,…,r),r∈N。
则集合{1,(2m+2-1)}∪{(2m+2-a1),(2m+2-a2),(2m+2-a3),…,(2m+2-at)}∪{a1,a2,a3,…,ar}没有缺项。
该集合中的元素均分别减去2后所得集合{(2m-a1),(2m-a2),(2m-a3),…,(2m-at)}∪{(a1-2),(a2-2),(a3-2),…,(at-2)}仍然没有缺项。
这与前面所得结论产生矛盾,说明偶数(2m+2)能表为两个奇素数之和。
目录[隐藏]∙ 1 序列∙ 2 性质∙ 3 多元组∙ 4 猜测与证明∙ 5 参见∙ 6 外部链接[∙收敛性∙结构∙定理∙统计分析统计分析所有小于 4.35 · 1015的孪生素数,可以得到小于x的素数对的个数是 x·f(x)/(log x)2。
当x较小时,f(x) 大约为 1.7,当x较大时大约为 1.3。
f(x) 的值和孪生素数常数(twin prime constant)相近:[编辑]多元组孪生素数的概念可以扩展到多元组,即由多个间隔为2的素数构成的序列。
由于三个相邻整数总有一个能被3整除,不可能是素数,因此(3, 5, 7) 是唯一的孪生素数三元组。
而且由于更多元素构成的孪生素数多元组必定包含三元组的结构,因此多于三个元素的孪生素数多元组不存在。
[编辑]猜测与证明1921年,英国数学家哈代和李德伍兹曾猜测,如果:代表不大于x的孪生素数个数,则有:,其中:查看∙条目∙讨论∙编辑本页∙历史∙大陆简体∙港澳繁體∙马新简体∙台灣正體个人工具∙试用测试版∙登录/创建账户搜索导航∙首页∙分类索引∙特色内容∙新闻动态∙最近更改∙随机页面帮助∙帮助∙社区入口∙方针与指引∙互助客栈∙询问处∙字词转换∙联系我们∙关于维基百科∙资助维基百科工具箱∙链入页面∙链出更改∙上传文件∙特殊页面∙可打印版∙永久链接∙引用此文其他语言∙ةيبرعلا∙Català∙Česky∙Dansk∙Deutsch∙Ελληνικά∙English∙Esperanto∙Español∙Suomi∙Français∙תירבע∙Magyar∙Italiano∙日本語∙한국어∙Ripoarisch∙Монгол∙Plattdüütsch∙Nederlands∙N orsk (bokmål)∙Polski∙Português∙Русский∙Slovenščina∙Svenska∙தமிழ்∙Türkçe∙Українська∙Bân-lâm-gú∙本页面最后修订于2010年2月17日 (星期三) 06:14。
关于孪生素数猜想的一个证明作者:张跃来源:《科技视界》2015年第28期【摘要】根据计算机的整数取值有限,本文提出了一个基本假设。
在此假设的基础上,利用C语言编程,证明了:对应于无穷多个素数p,存在无穷多个p+2的素数;即孪生素数猜想。
【关键词】孪生素数;假设;C语言程序【Abstract】In accord with the limitation of the integer taken by a computer, an assumption is suggested, and on the basis of it, using the program of C language, the paper proves that corresponding to infinite primes p, there are infinite p+2 being primes; namely, the conjecture of pair primes.【Key words】Pair primes; Assumption; Program of C language0 引言目前,数论中尚未解决的难题有两个,一个是偶数情形的哥德巴赫猜想,另一个是孪生素数的哥德巴赫猜想(孪生素数猜想)[1]。
从一些有关数学的期刊上可以发现,关于孪生素数的猜想,一直是国内外数学界关注和研究的一个重要课题。
迄今为止,数学家陈景润已经证明:存在无穷多个素数p,使p+2为不超过两个素数的乘积[2]。
国内外还没有人能够做到利用纯粹的数学理论方法证明这一猜想。
本文将设计C语言的程序证明孪生素数的猜想。
如果用Q (p)表示无穷多个素数p组成的集合,Q(p+2)是相应的无穷多个p+2的素数组成的集合,并且假设计算机二进制的数码的位数没有限制,则通过C程序的运算可以由Q(p)的所有元素得到Q(p+2)的所有元素。
从数学的观点看,可以将C程序的运算视为由Q(p)到Q(p+2)的一个映射M(mapping)[3],表示为M: Q(p)→Q(p+2)。
关于孪生素数有无穷多对的证明论题:有多少对相邻的奇数都是素数,如:3和5,5和7,11和13,17和19,29和31,···这样相距为2的一对素数,称为孪生素数。
孪生素数是否有无穷多对呢?我的结论是孪生素数有无穷多对,并予以证明。
一、假素数(一)素数有无穷多个用自然数n表示素数从小到大的顺序,用Pn 表示这种有顺序的素数,即P1=2,P 2=3, P3=5, P4=7,···将不大于素数Pn的素数组成的集合,记作In,In={2,3,5,7,··· Pn} 。
将不大于Pn 的所有素数之积,记作Tn,Tn=2×3×5×7×···×Pn定义一假素数:若某自然数不是任意一个不大于Pn 的素数的倍数,将此自然数称作Pn 的假素数。
Pn 的假素数记作An现用d表示整倍数的意思。
现用Gn 表示不大于Pn的素数,即 In={ Gn}根据定义,x∈{An }(x∈N)的充要条件是 x≠ Gnd因为1不是任何素数的倍数,故它是任何一个素数Pn的假素数。
P n 的假素数和素数的区别,Pn假素数里面不包含不大于 Pn的素数,却包含了大于 Pn的素数。
在这里引进假素数的概念,研究假素数的性质,,以及相互联系,是为了更好的研究素数的性质。
(二)假素数保持定理定义二保持部:将整个自然数列,以Tn 为单位长,从小到大逐一划分成无穷多个首尾相连的单元,将这样的单元,称作Pn 的保持部。
(h-1)Tn 是 Pn的第h 个保持部的首端,(h-1/2)Tn是其中点, h Tn是尾端。
定理(一)假素数保持定理:素数Pn 的假素数,在其任意两个保持部里个数相等且分布一致。
所谓分布一致,是指两个保持部里,其假素数一一对应,且每对对应的假素数与其首端的距离相等。
换成精确的数学语言,在 Pn的任意一个保持部里的任意一个假素数,设与其首端的距离为 y (y< Tn,且y∈N ),即(h-1)Tn+y∈{An },如果在Pn的另外任意一个保持部里,与其首端为y 的数,( h′-1)Tn+y∈{An }也成立,则 Pn的假素数在其任意两个保持部里分布一致。
张益唐数学的发展可以说是世界上最严密的一门学科,他的每一次进步都拥有无比自洽逻辑。
现代数学家们认为,数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科,它对于人类的发展有着不可替代的作用,科学的突破和技术的进步完全离不开数学。
可以这么说,科学改变世界,数学改变科学。
而在数学领域,最有趣的问题莫过于关于质数(素数)的研究。
数学家认为,素数在数中的地位就像是原子物理学中的基本粒子,素数是数中的基本单元。
小学的时候我们就学习过素数的定义:一个大于1的自然数,除了1和它自身外,不能被其他自然数整除的数叫做质数。
而关于素数的猜想与研究,最著名的莫过于哥德巴赫猜想了。
哥德巴赫猜想这个名词大家一定不陌生,这是一个关于质数问题的世纪难题,是数论领域甚至整个数学界的王冠。
今天我们不讲哥德巴赫猜想,我们聊一个和哥德巴赫猜想一个研究方向的问题:孪生素数问题。
和哥德巴赫猜想相比,其难度没有那么大,这也就导致关于它的研究进展相比于哥德巴赫猜想快了不少。
什么是孪生素数呢?数学家们是这样定义的:孪生素数就是指相差2的素数对,例如3和5,5和7,11和13,29和31。
孪生素数猜想正式由希尔伯特在1900年国际数学家大会的报告上第8个问题中提出。
我们知道素数的个数是无限的,而随着素数的增大,下一个素数与上一个素数之间的差应该越来越大。
古希腊数学家欧几里得猜想,存在无穷多对素数,他们只相差2,例如3和5,5和7,29和31,(2003663613×2^195000)-1和(2003663613×2^195000)+1等等。
其数学语言是:存在无穷多个素数p,使得p + 2是素数,素数对(p, p + 2)称为孪生素数,那p的取值数量是无限的吗?将这个问题进行推广,比如差值为4的素数对,如3和7,7和11这样的素数对是不是也有无限多个,继续推广,比如差值为6的素数对,如7和13,11和17,这样的素数对是不是也是无限的呢?推广到一般形式:对所有自然数k,存在无穷多个素数对(p, p + 2k)。
孪生素数猜想证明简述
一:逻辑证明(最简单,但逻辑思维要求高)
根据素数新定义:从祖素数2开始,素数倍数后不连续的数即为素数。
易知素数除了2以外全是奇数,所以在奇数数轴上研究素数会有奇效。
奇数数轴:3,5,7,9,11,13,15,17,19,21,23,25,27,29,31......,无数对相差为2(相连)的数;
假设只有3为素数,去掉其倍数后数轴变为:3,5,7,11,13,17,19,23,25,29,31......,只少了一点,但依旧有无穷对素数相差2;
添加5为素数,去掉其倍数后数轴变为3,5,7,11,13,17,19,23,29,31......,少的更少,剩下相差为2的素数对肯定是无穷多;等等;
如此可以无穷下去,但少的越来越少,而且剩余差值为2的素数对肯定是无穷多。
所以孪生素数肯定是无穷多的。
一目了然!!!
当然也很容易看出,P和P+2k的素数对也是无穷多的(波利尼亚克猜想成立)。
(参考文献:奇数轴中素数量与合数宽度的研究)
二:公式证明(难度极大)
在上述的逻辑证明中,我们若将奇数数轴设为单位1;
则3的倍数占比为:1/3
5的倍数占比为:1/5-1/15
7的倍数占比为:1/7-1/21-1/35+1/105
等等,最后可得到孪生素数在奇数中的占比(LiKe级数公式)约为:
1-1/3-(1/5-1/15)-(1/7-1/21-1/35+1/105)-(1/11-1/3*11-1/5*11-...+...)-...
=1-1/3-1/5-1/7-......-1/p+1/15+1/21+......+1/pq-1/105-1/165-......-1/pqr+...-...
=1-∑1/P+∑1/pq-∑1/pqr+…±∑1/∏P (1)
(式中所有素数为奇素数,分母为偶数个素数积时取和,为奇数时取差)
关于该新颖级数的求和不在此演示。
不过它是发散的(其值应该不为0),该级数本身足以说明了孪生素数的无穷多。
(参考文献:奇数轴中素数量与合数宽度的研究)
三:等价证明
针对级数公式求解的复杂性,很多人也许看不出端倪。
至此我们可以通过等价的
原理加以诠释:
将整数数轴:2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,......中整数个数设为单位1;
根据素数新定义
则2的倍数占比为:1/2
3的倍数占比为:1/3-1/6
5的倍数占比为:1/5-1/10-1/15+1/30
等等,最后可得到素数在整数中的占比约为:
1-1/2-(1/3-1/6)-(1/5-1/10-1/15+1/30)-(1/7-1/2*7-1/3*7-...+…)-…
=1-1/2-1/3-1/5-......-1/p+1/6+1/10+1/15+......+1/pq-1/30-1/42-......-1/pqr+...-...
=1-∑1/P+∑1/pq-∑1/pqr+…±∑1/∏P (2)
(式中分母为偶数个素数积时取和,为奇数时取差)
公式(2)的趋势与(1)完全一致,且素数无穷多早被证明,所以孪生素数肯定是无穷多的(公式也许存瑕疵但相似性无法掩盖)。
(参考文献: LiKe矩阵及其行封闭性研究)
具体思路构想及证明逻辑参见下图:
孪生素数猜想证明逻辑图。