素数与哥德巴赫猜想

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  一、素数是除了1与其本身是约数,之外没有其它约数的正整数。偶素数只有2,其它均为奇素数。
  (本文中的素数是指奇素数)
  二、定理1:素数是无限多的;孪生素数也是无限多的。
  证明:假设p是最后一个素数,则2·3·5·7·11… p±1必为一对孪生素数,故,素数是无限多的。这就是说,假定素数数列有终点,则在其终点以外仍存在孪生素数。故,孪生素数也是无限多的。
  三、素数的检验:用奇数j除以3至的所有素数,若都不能整除,则j是素数。
  四、“1-1”公理:任何一个偶数都可表示为两个奇素数之差,并且一个差值可对应无限多个素数对。
  只有當某行开头是孪生素数时,某行差开头才含2。由于孪生素数的数量较少,因此,在p2-p1=d的集合中,d=2的含量最少,但是,素数是无限多的,而孪生素数虽少,却不会消失,在素数数列的无限长处仍存在孪生素数,故d=2总能找到。这就是说,d值越小,含量越少,d值越大,含量越多,所以,大于2的d值比2更容易找到。
  因为素数数列是无限长的,对于给定的d值,无论d值大小,若在“近期”内找不到两素数之差为d,可无限地继续找下去,总能找到。在素数数列中,任何一个d值都对应着无数组p2-p1,故公理成立。
  五、素数的间隔定理:正整数n至2n之间必有素数;素数p至2p之间必有素数。
  证明: 设2n是当前最大的整数(当然可以无限大)
  显然,上下行各对应两数之差皆为k,由“1-1”公理知,必存在k=p2-p1 (p1 p2表示素数,p2>p1),即至少存在一个素数差对,其差为k,而p2必在下行数列中;
  可以看出,原数列下行的首项k+1放在了新数列上行的末项;下行的k+2等向左移动一位,右端增添两项2k+1,2(k+1),p2向左移动一位,这时p2仍在k+1与2(k+1)之间,故n~2n之间必有素数。
  上下行各对应两数之差皆为2,由素数的间隔定理知,1~n段的各素数的最大间隔的下一个素数必在n~2n之间,这样,n~2n之间就存在若干个素数,因为孪生素数无限多(已证),n可以充分大,从而n~2n的数列段可以充分长,如果n~2n段连一对孪生素数都没有,就出现矛盾(即孪生素数是有限的),故,n至2n之间必有孪生素数。
  为什么当n=6时,6~12之间没有孪生素数呢?因为自然数中存在唯一的一组三胞素数3 5 7,5为公用素数,因而5与7就相当于列入6~12之间了。
  七、哥德巴赫猜想:任何一个大于4的偶数都可表示为两个奇素数之和。记作“1+1”
  因为每一个大偶数2n(>4)都可以表示为这个模型,每一个偶数k都在这个模型之中,由“1-1”公理知,每个偶数k都有可能等于p2-p1,在以上数列中,n每增加1,差数列中就会增加一个新偶数2(n+1)-6(所有偶数差对、含1的差对都不能参与素数差对),这样对于2n来说,差数列0 2 4……2n-4 2n-2包括了当前所有的偶数(2n除外)。一般地,在2n的数列模型中的下上差数列中,有若干个偶数是素数之差;假设有一种最不理想的情况:在大偶数6、8、10……2(n-1)各数的数列模型中,在它们的下上差数列中所涉及到的所有元素(偶数)都已经出现过是两素数之差了,但在2n的数列模型中,以上的这些元素恰巧都不是素数之差,这时(1,2n-1)与(2,2n-2)两个数对绝不能是素数对,所以(3,2n-3)一定是素数对,即新偶数2n-6是素数差对。如果不是这样,因为2n可充分大也可无穷大,就说明有的偶数不能是两素数之差,这与“1-1”公理相矛盾。因此,在2n的数列模型的差数列中,至少存在一个偶数等于两素数之差,这时这两个素数的和等于2n。
  故,哥德巴赫猜想成立。
  八、“1+1”命题的另一种解释:
  由“1-1”公理知,每个偶数k1=p2-p1,把-号改为+号得k2=p2+p1,则k2包括了所有的大偶数,集合K1与集合K2至少存在不同元素的一一对应。
  九、另一个规律:每个大于4的偶数都可表示为一对孪生素数之一与另外一个奇素数之和。
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