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質數
素數,又稱質數,一個大於1的自然數中,除了1和此整數自身外,沒法被其他自然數整除的數;即是只有兩個正因數(1和自己)的自然數。
比1大但不是質數的數稱之為合數又稱合成數,而1和0既非質數也非合數。質數的屬性稱為素性,質數在數論中有著非常重要的地位。
關於質數
最小的質數是2,也是質數中唯一偶數(雙數),其他都是奇數(單數)。而最大的質數並不存在,而且質數有無限個,這一點歐幾里德已在其《幾何原本》中證明。證明的思想很直接:如果存在一個最大的質數p,則質數的個數是有限的;這時,如果我們把所有的質數乘起來再加1,得到的自然數q不能為任何比它小的質數整除,因此q必然也是質數,且比p還要大,這是不可能的。因此不存在一個最大的質數。
圍繞質數存在很多的數學問題、數學猜想、數學定理,較為著名的有孿生質數猜想、哥德巴赫猜想等等。
質數序列的開頭是這樣:
2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71,73,79,83,89,97,101,103,107,109,113 (OEIS:A000040)
質數集合有時也被表示成粗體
圖片參考:
http://upload.wikimedia.org/math/6/2/3/623709596363008e89cf20b6caba4df7.png
。
在抽象代數的一個分支-環論中,素元素有特殊的含義,在這個含義下,任何質數的加法的逆轉也是質數。換句話說,將整數Z的集合看成是一個環,-Z是一個素元素。不管怎樣,數學領域內,提到質數通常是指正質數。
算術基本定理說明每個大於1的正整數都可以寫成質數的乘積,並且這種乘積的形式是唯一的。因此質數也被稱為自然數的「建築的基石」。例如:
圖片參考:
http://upload.wikimedia.org/math/f/7/a/f7a222e62c50d235f07cc90f8eda574e.png
關於分解的詳細方法,可見於整數分解這條目。
這個定理的重要一點是,將1排斥在質數集合以外。如果1被認為是質數,那麼這些嚴格的闡述就不得不加上一些限制條件了。
0由於可以被任何數整除(因餘數一定等於0),所以它不符合素數的定義。
[編輯] 質數的數目
質數是無窮多的,對這個論斷,現在所已知的最古老的檢驗方法是歐幾里德在他的幾何原本中提出來的。他的檢驗方法可以簡單地總結如下:
取有限個數的質數,因為要做自變數我們假設全部的質數都存在,將這些質數相乘然後加1,得到的數是不會被這些質數中的任何一個整除的,因為無論除哪個總會余1。因此這個數要麼本身就是個質數,要麼存在不在這個有限集合內的約數。因此我們開始用的集合不包含所有的質數。
別的數學家也給出了他們自己的證明。歐拉證明了全部質數的倒數和發散到無窮的。恩斯特·庫默的證明尤其簡潔,Furstenberg用一般拓撲證明。
儘管整個質數是無窮的,仍然有人會問「100000以下有多少個質數?」,「一個隨機的100位數多大可能是質數?」。質數定理可以回答此問題。