素数定理误差(一个奇怪的素数序列)
- 雕塑家安东帕森斯的“传递时间”。
素数通常被描述为数学的“原子”,或者至少是数字。素数恰好有两个不同的因素:本身和1.(因此1不被认为是素数。)所有大于1的整数都是素数或素数的乘积。
一个好奇的人类可以询问关于素数的第一个问题是有多少,并且最早的证据之一是有无数多个素数是欧几里德元素的可爱论证。
欧几里得的证明以有限的素数列表开始,并描述了一种生成不在列表中的素数的方法。如果你的质数是p 1,p 2,p 3,……,p n,取所有这些的乘积:p 1 ×p 2 ×p 3 ×……×p n并加1.这个数,p 1 ×p 2 ×p 3 ×……×p n 1,不能被我们列表中的任何素数整除; 当我们用其中一个素数除以它时的余数是1.因此,素数的有限列表是不完整的。
关于该证明的常见误解是数量p 1 ×p 2 ×p 3 ×……×p n 1本身必须是素数。情况不一定如此。为了了解原因,我们可以开始考虑如果我们从第一个素数2开始我们会得到什么数字,并使用它来使用欧几里德证明的过程找到新的素数。第一个很简单:2 1 = 3,3是素数。为了找到下一个数字,我们乘以2×3并加1得到7,这是素数。继续:2×3×7 1 = 43,也是素数。2×3×7×43 1 = 1807,即13×139。
Euclid-Mullin序列是开始2,3,7,43,13等的序列:第一个术语是2,每个后续术语是1的最小素因子加上所有先前术语的乘积。它是在线整数序列百科全书中的序列A000945。
(旁边的问题:Euclid-Mullin序列是数学中的多重同义词,在同义词之间具有最大的时间间隔吗?欧几里德,或写欧几里德元素的人或群体,生活在亚历山大大约公元前300年;美国数学家和工程师Albert Mullin出生于1933年,于2017年去世。如果你知道一个名字的名字,对于相隔2200年左右的人来说,请告诉我Twitter。)
Ken Ribet提到了Euclid-Mullin序列,当时我和我的主人Kevin Knudson和我谈论了我的播客My Favorite Theorem,从那以后它一直在我的大脑里嘎嘎作响。序列有无限多个术语,但我们只知道其中的51个。随着术语数量的增加,我们遇到了非常大的数字,需要花费很长时间来考虑因素,部分原因是序列反弹很多。第七项是第5项,但第九项有14位数!查找序列的第52个术语需要对335位数进行分解。
我们不知道每个素数是否出现在Euclid-Mullin序列中。未知出现在列表中的最小素数是41.选择最大而不是最小的素数的相似序列除以1和前面项的乘积, 避免了无限数量的素数。如果Euclid-Mullin序列确实避免了一些素数,为什么呢?我们可以看一下素数并判断它是否在序列中?
我被可爱而有趣的数学所吸引,所以我希望Euclid-Mullin序列包含所有素数。我喜欢这样一个事实:它会给我们一个新的自然顺序来输入素数。这就像把字母表中的字母按照拼音拼写的字母顺序排列:
HRABDWEFXLMNSIJGKQOPCTVYUZ(语音拼写有点争议,你的里程可能会有所不同)。
另一方面,如果不知何故我们能够发现序列中没有包含所有素数,那会不会很有趣,但我们无法弄清楚哪些素数从未出现过?我认为,最有趣的选择是让某人找出一个简单的规则来确定一个数字是否在Euclid-Mullin序列中。但是,嘿,一线希望是我们实际上可能会对质数有所了解!
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