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第七十四章 梅森素數

梅森數是指形如2^p-1的正整數,其中p代表的是素數,常記為Mp,若某個梅森數同時也是素數,則稱之為梅森素數。

之所以稱其為梅森數,是為了紀念17世紀的法國著名數學家梅森對形如2^p-1型素數做出過的研究。

而實際上,針對形如2^p-1這樣的數,研究的歷史可以追溯到2300多年前。

歐幾里得在證明了素數有無窮多個之後,便提出少量素數可寫成「2^p-1」的形式。

這顯然是一個很神奇的事情,其中p指的是素數,然後讓其成為2的指數,接著再減一個1,就有可能出現一個新的素數。

這看起來十分的巧合,卻也隱藏著獨屬于數字的魅力,所以關于對梅森素數的研究,在數學界也十分的出名。

而此時,在林曉看來,針對梅森素數的分布規律,他似乎也可以用自己的這個方法來搞出來。

「試試吧。」

他心中這麼想了想,便開始動起了手。

將那麼多本科書全部都吃透了,他現在大腦中所儲備的數學知識那是相當多的。

關于梅森素數的知識,他也看了不少,比如有一個新梅森猜想,這個猜想是關于三個給定條件中,只要有兩個成立,那麼另外一個也成立。

除此之外,還有一個叫做周氏猜測的猜想,這是華國數學家周海忠于1992年提出的,他于《梅森素數的分布規律》一文中針對梅森素數的分布規律做出了一次相對精準的預測,其內容是︰當2^2^(n+1)>p>2^2^n時,Mp有2^(n+1)-1個是素數。

周氏猜測雖然並沒有幫助人們直接找到梅森素數,但是卻縮小了人們尋找梅森素數的範圍,以至于在國際上也受到了相當大的好評,包括菲爾茲獎和沃爾夫獎雙料得主,完成了素數定理初等證明的阿特勒•塞爾伯格教授,也認為周氏猜測具有創新性,開創了富于啟發性的新方法,此外,其創新性還表現在揭示新的規律上。

不過,證明周氏猜測的困難還是相當大的,至今沒有證明或反證,所以也仍然屬于一道世界性的數學難題。

對于林曉來說,這些猜想什麼的,暫時對他沒有什麼用,但是對他的研究來說也有這樣一定的指導意義。

「要是這麼說的話,根據我的方法,倒是有可能對周氏猜測做出證明?」

心中思考著這個問題,林曉拿出了筆,找來草稿紙開始計算了起來。

對于數學家們來說,用最原始的紙筆來解決數學問題,顯然是最方便的,而隨著自己的筆頭下出現一道道公式,也能夠給他們帶來一種心理的滿足感。

畢竟,這樣一來他們就可以在心中說一句︰「瞧,我正在進行這個世界上最聰明的工作呢。」

……

【3,7,31,127,257……】

林曉的首要工作,自然就是先將梅森數前面的幾項給列出來。

由于有著指數項,所以隨便列出幾項後,數字就已經相當大了,不過對于林曉來說,數字大點,並不影響他對這個數字的判斷。

現在隨便給他寫個一萬以內的數字,他都能夠在兩秒之內判斷出這個數字是不是質數,至于一萬以上十萬以內,他也能夠在較短時間內判斷出來。

這就是數感。

在歷史上,很多天才都有這樣的事例,就比如歐拉,他在雙目失明後,直接靠心算算出了2^31-1這個梅森數為梅森素數,是當時已知的最大素數;再比如拉馬努金,這位更是重量級,他的數感也是出名的厲害。

而有時候,這樣的數感,對于解決問題也有著極大的幫助。

估計讓林曉去參加那什麼最強大腦,稍微展現一下,都能讓在場的人為之驚嘆。

寫了幾步後,林曉便發現其中存在了一些問題。

「因為我沒有素數精確表達式,所以針對‘p’,關系式無法直接遞推到無窮……難道我也要假設黎曼猜想成立嗎?」

他抓了抓腦袋,有些無語。

黎曼猜想雖然是復變函數中的問題,看起來和素數分布沒有任何關系,只不過黎曼zeta函數解析延拓後在復平面上的函數和包括π(x)的某個函數等價,π(x)也即素數計數函數。

所以假設黎曼猜想成立後,就能夠直接找到素數分布,那他就可以直接用了。

不過,所有假設黎曼猜想成立的推論,或者是假設黎曼猜想不成立的推論,它們的提出者顯然都是心慌慌的,盡管絕大多數數學家都認為黎曼猜想是成立的,畢竟在計算機驗證的數字已經達到了十萬億個零點了。

而對于現在的林曉來說,他沒必要搞這種事情,而且,到時候他可是要在數學家大會上做報告的,數學家大會會接受一篇假設黎曼猜想成立的報告嗎?

他可不這麼認為。

這樣一來,他還不如就把自己整理出來的東西帶上去講就行了,雖然沒有創新的點,但是考慮到他的年齡,相信到時候也不會有人說什麼。

「嗯……這樣可不行,我需要重新找到一個關系式,和梅森素數之間形成聯系,不然的話我就得放棄了。」

而這就意味著他得將自己的這個新方法再次進行擴展。

他不由回想了一下腦海中關于素數的一些知識。

忽然,他想到了狄利克雷定理。

【若r,N互質,則lim(x→∞)π(x;N,r)/π(x)=1/φ(N)】

「通過算術級數的素數定理,似乎可以找到兩者之間的關系。」

林曉心中默默思考,強大的數感,讓他想到了(4x+3)。

「似乎,梅森素數都是形如4x+3這樣的數?」

比如3,就等于4*0+3,而7,就等于4*1+3,再比如一個大一點的數字,比如歐拉心算出來的2^31-1,其等于2147483647,同樣可以轉換為(4x+3)的形式。

這是林曉直接看出來的。

他眼前一亮,開始了證明。

有了這個關系,他將梅森素數套在自己的那個變換構造函數上,也就沒問題了。

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