丘成桐数学竞赛

数论:素数的宇宙

10 分钟

整数的「原子」:素数是只能被1和自己整除的数:2、3、5、7、11……算术基本定理说:每个整数都能唯一地分解成素数的乘积,就像每种物质都由原子组成。60 = 2×2×3×5,换不出第二种配方。研究这些「原子」的学问叫数论——数学里最古老、也最硬核的一支。

素数有无穷多个:两千多年前欧几里得就证了:假设素数只有有限个,把它们全乘起来再加1,得到的新数要么自己是素数,要么藏着名单之外的素因子——矛盾。这个「假设反过来,推出荒谬」的反证法,至今仍是教科书级的完美证明。

分布之谜与素数定理:素数越往大数走越稀疏,却不肯按任何简单规律出现。十九世纪数学家发现,不超过x的素数个数大约是 ——白话说:在x附近,随机抓一个数,它是素数的概率约等于 分之一。更精细的分布规律(黎曼猜想)至今悬而未决,是数学界最大的未解之谜之一。

素数守护你的钱包:把两个大素数乘起来很容易,反过来把乘积拆回去却难如登天——这个不对称正是RSA加密的地基。你每次扫码支付,背后都有素数在站岗。

常见误区:误区一,「1是素数」——不是,素数从2开始;误区二,「存在生成素数的公式」——有些公式能造出一批素数,但没有任何简单公式能只产素数。

练一练:用「筛法」找100以内全部素数:写下2到100,划掉2的倍数、3的倍数、5的倍数、7的倍数,剩下的是什么?数一数有多少个。

小纸条

用筛法找出100以内的全部素数并数一数个数(应为25个)。

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