哥德巴赫猜想是什么
1742年6月7日,彼得堡科学院院士欧拉收到了老朋友哥德巴赫的一封来信,。信中提出了这样一个猜想:随便取一个大于5的奇数,都可以将它写成素数之和,比如77=53+17+7,461=449+7+5。 哥德巴赫无法证明,因而只好求助欧拉的帮助。同年6月30日,欧拉在给哥德巴赫的回信中写道:亲爱的朋友,的这个命题,我作了认真的推敲和研究,看来是正确的,但我也给不出严格的证明。这里,在你的基础上我认为:任何一个大于2的偶数,都是两个素数之和。 不过这个命题也无法给出一般性证明。后来,欧拉把他的信公布于世,请世界上所有数学家一同解决这个数论上的难题。
当时数学界把他们通信中涉及的问题,称为...全部
1742年6月7日,彼得堡科学院院士欧拉收到了老朋友哥德巴赫的一封来信,。信中提出了这样一个猜想:随便取一个大于5的奇数,都可以将它写成素数之和,比如77=53+17+7,461=449+7+5。
哥德巴赫无法证明,因而只好求助欧拉的帮助。同年6月30日,欧拉在给哥德巴赫的回信中写道:亲爱的朋友,的这个命题,我作了认真的推敲和研究,看来是正确的,但我也给不出严格的证明。这里,在你的基础上我认为:任何一个大于2的偶数,都是两个素数之和。
不过这个命题也无法给出一般性证明。后来,欧拉把他的信公布于世,请世界上所有数学家一同解决这个数论上的难题。
当时数学界把他们通信中涉及的问题,称为"哥德巴赫猜想",并把它归纳为:
(1)大于2的公里数都可以表示为3个素数之和。
(2)大于5的奇数都可以表示为3个素数之和。
显然,如果(1)成立,那么(2)必然成立,因为大于5的任一奇数N奇=(N奇-3)+3,而由(1)可知,N奇-3=p1+p2,其中p1,p2为素数,p3=3时,那么就有N奇=p1+p2+p3,反之,若(2)成立,却反推不出(1)来。
"哥德巴赫猜想"公布200多年了,尽管无数数学家为解决这个猜想付出了艰辛的劳动,但迄今为止,它仍然是一个没有被证明,也没有被推翻的猜想。
面对"哥德巴赫猜想"的挑战,许多数学大师都表现了大无畏的英雄气概。
尽管还没有最终解决,但也有了巨大的进展。
19世纪数学爱康托耐心地验证了1000以内所有偶数;而奥培利又试验了从1000到2000的所有偶数。他们断定,在所试的范围内,猜想是正确的。
1911年梅利指出,从4*10 6->9*10 6之间,绝大多数偶数都是两素有选举权之和,仅有14个数情况不明。
后来,更有人验算到了33000万之数,都表明猜想是正确的。
1900年,著名数学家希尔伯特在国际数学会的中,把"哥德巴赫猜想"列入23个难题之中,介绍给20世纪的数学家来解决。
1912年,在第五届国际数学家会议上,著名的数学爱兰道发言说:"'哥德巴赫猜想'即使改成较弱的命题(3),也是现代数学爱力所不能及的。
"
命题(3)的内容是:不管是不超过3个,还是不超过30个,只要你想证明存在着一个这样的正数C,而能"使每一人于或等于2的整数,都可以表示为不超过C个素数之和"。
1930年,苏联25岁的数学爱史尼尔里曼创造了"密率论",成功地证明了兰道说的那个现代数学家力所不能及的命题(3),还估计了C这个数不会超过K,且K<=8*10 5。
这个"哥德巴赫猜想"研究史上的重大突破,大大激发了数学家们向"哥德巴赫猜想"进军的勇气。1937年,苏联数学家伊·维诺哥拉多夫成功地证明了:充分大的奇有选举权,都可以表示为这三个奇开绿灯数之和。
他的工作,相当于证明节史尼尔里曼成果中的K<=4。
这样命题(2)基本被解决了。
在研究"哥德巴赫赤猜想"的道路上,我国是走在最前列的。将猜想化为因子哥德巴赫问题,即先将偶数N写成两个自然数之和N=n1+n2,而n1,n2里的素因子个数记为a1,a2,如果能证明对于每一个偶数N,总有a1=a2=1,也就是能证明了1+1,则哥德巴赫问题就解决了。
当代数学大师华罗庚在20世纪30年代证明了几乎所有的偶数"1+1"成立。
1956年,我国年轻的数学家王元,证明了"3+4"。接着1957年,他又证明了"2+3",使我国在探索"哥德巴赫猜想"方面走在了世界前列。
1962睥,我国年轻的数学家潘承洞,首先证明了"1+5"。后来在1963年,王元、潘承洞又分别证明了"1+4"。
1966年,新中国培养出的第一代数学家陈景润,宣布证明了"1+2"。
这是迄今为止最好的成绩,他在极其艰难的条件下,勤勤恳恳,坚苦奋斗,终于在1973年发表了震惊世界的论文《大偶数表为一个素数及一个不超过两个素数的乘积之和》。他的这篇论文,被外国誉为"陈氏定理。
"
哥德巴赫本来是普鲁士派往俄罗斯的一位公使。后来,他成了一名数学家。
哥德巴赫和费尔马一样,很喜欢和别人通信讨论数学问题。不过,他在数学上的成就和声望,远远不如费尔马,有的人甚至认为他不是数学家。
其实,有资料说,他是彼得堡科学院院士。
哥德巴赫与另一名彼得堡科学院院士、著名数学家欧拉经常通信。他们有15年以上的通信历史,经常讨论的是数学问题。
1742年6月7日,哥德巴赫写信告诉欧拉,说他想冒险发表一个猜想:“大于5的任何数是三个素数的和。
”这里要顺便交待一句,有一个时期,人们把1看成是特殊的素数;后来,才像今天这样,把1与素数严格区别开来。同年6月30日,欧拉在给哥德巴赫的回信中说,他认为:“每一个偶数都是两个素数之和,虽然我还不能证明它,但我确信这个论断是完全正确的。
”
这次通信的内容传播出来后,当时数学界把他们两人通信中谈到的问题,叫做哥德巴赫问题。后来,它被归纳为:
命题A:每一个大于或者等于6的偶数,都可以表示为两个奇素数的和;
命题B:每一个大于或者等于9个奇数,都可以表示为三个奇素数的和。
这就是今天我们所说的哥德巴赫猜想,实际上,应该是哥德奇巴赫——欧拉猜想。比如
50=19+31,51=7+13+31
52=23+29,53=3+19+31
当然,表示方法可能是很多的。
比如
50=3+47=7+43=13+37=19+31
很明显,如果命题A成立,那么,命题B也就成立。因为假设N是大于或者等于9的奇数,那么,N-3就是大于或者等于6的偶数。命题A成立,就是存在着奇素数P1与P2,使得N-3=P1+P2,这就是N=3+P1+P2,就像前面的50与53的关系一样。
但反过来,如果证明了命题B成立,并不能保证命题A就一定成立。
19世纪的很多大数学家,都研究过哥德巴赫猜想,但是进展不大。
1900年,希尔伯特在巴黎国际数学家会议上,提出了23个研究题目,这就是有名的希尔伯特问题,可以说这是23个大难题。
哥德巴赫猜想命题A,与另外两个有关的问题一起,被概括为希尔伯特第八问题。
到了1912年,在第五届国际数学会议上,著名的数论大师兰道发言说,哥德巴赫问题即使改成较弱的命题C,也是现代数学家所力不能及的。
命题C意思是:不管是不超过3个,还是不超过30个,只要你想证明存在着一个这样的正数c,而能“使每一个大于或等于2的整数,都可以表示为不超过c个素数之和”。
过了9年,到了1921年,著名数论大师哈代在哥本哈根召开的国际数学会上说:哥德巴赫猜想的困难程度,可以与任何没有解决的数学问题相比拟。
哈代也认为是极其困难的,但是不像兰道说得那样绝对。
1930年,苏联25岁的数学家西涅日尔曼,用他创造的“正密率法”,证明了兰道说的那个现代数学家力不能及的命题C,还估算了这个数c不会超过S,并算出S≤800000,人们称S为西涅日尔曼常数。
西涅日尔曼的成就震惊了世界。这是哥德赫猜想研究史上的一个重大突破。可惜他只活了33岁。
1930年以后,包括兰道在内的很多数学家,竟相缩小S的估值,到1937年,得到S≤67。
在1937年,哥德巴赫猜想的研究,又取得了新的成就。
苏联著名的数学家伊·维诺拉多夫,应用英国数学家哈代与李脱伍特创造的“圆法”,和他自己创造的“三角和法”证明了:
充分大的奇数,都可以表示为三个奇素数之和。
伊·维诺格拉多夫基本上解决了命题B,通常称为“三素数定理”。
坚固无比的堡垒哥德巴赫猜想,正在被人们逐个攻破。
这里要注意,命题B所说的是每一个大于或者等于9的奇数,都可以表示为三个奇数之和。数学家在证明这个命题时,往往把9放大到很大很大,比方说放大到十万,人们只要证明每一个大于十万的奇数,都可以表示为三个奇素数之和,就算基本上证明了命题B。
对于剩下的那一部分从九到十万的有限个奇数,是否每个都可以表为三个奇素数之和,可以暂时不管,留待以后去检验。所以叫做“基本上”证明了命题B。
实际上,维诺格拉多夫未检验的有限个奇数,是9到10的400万次方之间的奇数,即1后面跟400万个0那么多个数中的奇数。
如果真要去逐个检验每个是否能表为三个奇素数的和的话,那时还没有电子计算机,就算用现在最快的电子计算机,从他那时算到现在也算不完。再说也没有那么大的素数表供他使用。前面已经介绍过,现在最好的素数表才编到五千万。
可见凡是大于10的400万次的奇数都能表为三个奇素数之和,这点被证明了,这就更不简单了。因为前面的那些奇数到底还是有限个,而这里证明了的是无穷多个!
维诺格拉多夫的工作,相当于证明了西涅日尔曼常数S≤4。
命题B基本上被解决了,于是有些不太了解数论情况的人,曾经认为只差一步就到命题A了,谁知这一步的腿迈出了40多年,还没有着地哩!
有人核对过从6到3300万的任何偶数,都能表为两个奇素数之和。
这种核对工作是一直有人在作的。
有的人核对,是想找到一个不能表为两个奇素数之和的偶数,即找到一个反例,一举否定哥德巴赫猜想。这样,哥德巴赫猜想便宣告解决。
有的人核对,是想得到一些统计数字,摸清一些规律,为证明哥德巴赫猜想作准备。
当然,也有人可同时兼有上述两种意图。
这里要注意,无论是从6算到3300万也好,还是从6算到3300亿也好,都是有限个数。由这些有限个数统计出的任何数据,除非是反例,都是不能用来当作证明的依据。
在命题A的研究过程中,人们引入了“殆素数”的概念。
什么叫殆素数?我们知道,除1以外的任何一个正整数,一定能表示成若干个素数的乘积,这其中的每一个素数,都叫做这个正整数的一个素因子。
每一个正整数,相同的素因子要重复计算,它有多少个素因子,是一个确定的数。如果这个正整数本身就是素数,就说它只有一个素因子。以25到30这六个数为例:
25=5×5 有2个素因子
26=2×13 有2个素因子
27=3×3×3 有3个素因子
28=2×2×7 有3个素因子
29是素数 有1个素因子
30=2×3×5 有3个素因子
殆素数就是素因子(包括相同的和不同的)的个数不超过某一个固定常数的自然数。
例如25到30的六个数中,25、26、29三个数,是素因子不超过2的殆素数,其余三个不是。要是说素因子不超过3的数是殆素数,那这六个数就是殆素数。
应用殆素数的概念,可以提出一个新命题D,通过对这个命题的研究,来接近命题A。
命题D:每一个充分大的偶数,都是素因子的个数不超过m与n的两个殆素数之和。
这个命题简记为“m+n”。
注意,这里的“3+4”或者“1+2”等是数学命题的代号,与3+4=7或者1+2=3毫无任何关系。
就像有的电影院把座位13排8号简写作“13-8”,与13-8=5没有任何关系一样。
例如,“1+2”就是每个充分大的偶数,都可以表示成素因子的个数不超过1个(即素数),与素因子的个数不超过2个的两个数的和。
比如100=23+7×11,434=31+13×31,168=79+89等都是合乎要求的。如果能证明,凡是比某一个正整数大的任何偶数都能像这样,表示成一个素数加以两个素数相乘,或者表示成一个素数加上一个素数,就算证明了“1+2”。
如果能证明“1+1”,就基本上证明了命题A,也就是基本上解决了哥德巴赫猜想。等到那时,哥德巴赫猜想就该叫哥德巴赫定理了。——人们已经为此奋斗了将近240年。
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