数学论文 2000字左右 初中水准 急求!!! 别太高深!!! 5
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2012-08-19
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素数分布基本定理
素数判定定理1:“若正整数n 不能被不超过n 的任何素数整除,则n 是素数。”
素数分布基本定理2:“正整数列1、2、……、n,从1 开始每隔⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 个数分一段,设
1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数。
I、第一分段中1 2 , , , m p p p 的倍数个数不小于任何一个分段。
II、在正整数列1、2、……、n 内,每一个完整分段至少有一个素数。
证明:
I、设1、2、……、n 是第1 分段, 1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数。根据容斥
定理,第1 分段中1 2 , , , m p p p 的倍数的个数为:
( ) 1
1
1
1
m m m
m
m
i i i j i j i j k i j k
i
i
n n n n
p pp ppp p
−
= < < <
=
⎡ ⎤
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥
⎢ ⎥ − ⎢ ⎥ + ⎢ ⎥ + + − ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
Σ Σ Σ
Π
在第 r个分段中,设A { ( 1, 2 ) i i= 素数p的倍数,}i = m ,
- 2 -
B { ( 1, 2 ) i i= 素数p的最多倍数,}i = m 。
引理 1:n 个连续正整数至少有一个数能整除n。
当 m ⎡⎣ n ⎤⎦ ≠ p 时,由于1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数,⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 为合数,
⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 至少能被1 2 , , , m p p p 之一整除,否则⎡ n ⎤
⎣ ⎦为素数,这与n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 为合数矛盾。当
m ⎡⎣ n ⎤⎦ = p 时, m p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦。故n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 至少能被1 2 , , , m p p p 之一整除。
不妨设i p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦,存在正整数q 使i ⎡⎣ n ⎤⎦ = qp ,那么第1 分段中有q 个i p 的倍数。
我们按正整数i p 把正整数分段,可以把第1 分段中的数刚好分为q 段。以此类推,可以得
到第r 分段中的数也刚好分为q 段,每一个分段末尾的数刚好就是i p 的倍数。这就是说第r
段中i p 的倍数正好就是q 个。即第r 段中i p 的倍数正好就是
i
n
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎣ ⎦
个, i i A = B ,
i
i
B n
p
⎡ ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦
。对于其它素数,第r 段中素数k p 倍数的个数最多为
1,( ,1 )
k
n k i k m
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥ + ≠ ≤ ≤
⎣ ⎦
, k k A ⊂ B , 1 k
k
B n
p
⎡ ⎤
= ⎢ ⎥ +
⎣ ⎦
。因此,根据组合意义就是从m
个素数中任意取一个,又因为i p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦,所以n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 个连续正整数中,刚好有
i
n
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎣ ⎦
个数
能被i p 整除,不再加1,故可以得公式1 1 m C − 。同理,可以得到第r 段中素数的倍数最多为:
( ) 1
1 1 1
1
m m m m m
m
i i i j i j k i
i i i j i j k i
B B B B B B B B −
= = < < < =
∪ =Σ −Σ ∩ + Σ ∩ ∩ − − ∩
1 2 3
1
1
m m m
m m m
i i i j i j i j k i j k
n C n C n C
= p < p p < < p p p
⎛ ⎡ ⎤ ⎞ ⎛ ⎡ ⎤ ⎞ ⎛ ⎡ ⎤ ⎞
= ⎜⎜ ⎢ ⎥ + − ⎟⎟ − ⎜⎜ ⎢ ⎥ + ⎟⎟ + ⎜⎜ ⎢ ⎥ + ⎟⎟ ⎝ ⎣ ⎦ ⎠ ⎝ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎠ ⎝ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎠
Σ Σ Σ
( ) 1
1
1 m m
m m
i
i
n C
p
−
=
⎛ ⎡ ⎤ ⎞
⎜ ⎢ ⎥ ⎟
− + − ⎜ ⎢ ⎥ + ⎟
⎜ ⎢ ⎥ ⎟
⎜ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎟ ⎝ ⎠
Π
( ) 1
1
1
1
m m m
m
m
i i i j i j i j k i j k
i
i
n n n n
p pp ppp p
−
= < < <
=
⎡ ⎤
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥
= ⎢ ⎥ − ⎢ ⎥ + ⎢ ⎥ − + − ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
Σ Σ Σ
Π
素数判定定理1:“若正整数n 不能被不超过n 的任何素数整除,则n 是素数。”
素数分布基本定理2:“正整数列1、2、……、n,从1 开始每隔⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 个数分一段,设
1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数。
I、第一分段中1 2 , , , m p p p 的倍数个数不小于任何一个分段。
II、在正整数列1、2、……、n 内,每一个完整分段至少有一个素数。
证明:
I、设1、2、……、n 是第1 分段, 1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数。根据容斥
定理,第1 分段中1 2 , , , m p p p 的倍数的个数为:
( ) 1
1
1
1
m m m
m
m
i i i j i j i j k i j k
i
i
n n n n
p pp ppp p
−
= < < <
=
⎡ ⎤
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥
⎢ ⎥ − ⎢ ⎥ + ⎢ ⎥ + + − ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
Σ Σ Σ
Π
在第 r个分段中,设A { ( 1, 2 ) i i= 素数p的倍数,}i = m ,
- 2 -
B { ( 1, 2 ) i i= 素数p的最多倍数,}i = m 。
引理 1:n 个连续正整数至少有一个数能整除n。
当 m ⎡⎣ n ⎤⎦ ≠ p 时,由于1 2 , , , m p p p 是不超过n 的所有素数,⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 为合数,
⎡ n ⎤
⎣ ⎦ 至少能被1 2 , , , m p p p 之一整除,否则⎡ n ⎤
⎣ ⎦为素数,这与n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 为合数矛盾。当
m ⎡⎣ n ⎤⎦ = p 时, m p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦。故n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 至少能被1 2 , , , m p p p 之一整除。
不妨设i p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦,存在正整数q 使i ⎡⎣ n ⎤⎦ = qp ,那么第1 分段中有q 个i p 的倍数。
我们按正整数i p 把正整数分段,可以把第1 分段中的数刚好分为q 段。以此类推,可以得
到第r 分段中的数也刚好分为q 段,每一个分段末尾的数刚好就是i p 的倍数。这就是说第r
段中i p 的倍数正好就是q 个。即第r 段中i p 的倍数正好就是
i
n
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎣ ⎦
个, i i A = B ,
i
i
B n
p
⎡ ⎤
= ⎢ ⎥
⎣ ⎦
。对于其它素数,第r 段中素数k p 倍数的个数最多为
1,( ,1 )
k
n k i k m
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥ + ≠ ≤ ≤
⎣ ⎦
, k k A ⊂ B , 1 k
k
B n
p
⎡ ⎤
= ⎢ ⎥ +
⎣ ⎦
。因此,根据组合意义就是从m
个素数中任意取一个,又因为i p ⎡ n ⎤
⎣ ⎦,所以n ⎡ ⎤
⎣ ⎦ 个连续正整数中,刚好有
i
n
p
⎡ ⎤
⎢ ⎥
⎣ ⎦
个数
能被i p 整除,不再加1,故可以得公式1 1 m C − 。同理,可以得到第r 段中素数的倍数最多为:
( ) 1
1 1 1
1
m m m m m
m
i i i j i j k i
i i i j i j k i
B B B B B B B B −
= = < < < =
∪ =Σ −Σ ∩ + Σ ∩ ∩ − − ∩
1 2 3
1
1
m m m
m m m
i i i j i j i j k i j k
n C n C n C
= p < p p < < p p p
⎛ ⎡ ⎤ ⎞ ⎛ ⎡ ⎤ ⎞ ⎛ ⎡ ⎤ ⎞
= ⎜⎜ ⎢ ⎥ + − ⎟⎟ − ⎜⎜ ⎢ ⎥ + ⎟⎟ + ⎜⎜ ⎢ ⎥ + ⎟⎟ ⎝ ⎣ ⎦ ⎠ ⎝ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎠ ⎝ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎠
Σ Σ Σ
( ) 1
1
1 m m
m m
i
i
n C
p
−
=
⎛ ⎡ ⎤ ⎞
⎜ ⎢ ⎥ ⎟
− + − ⎜ ⎢ ⎥ + ⎟
⎜ ⎢ ⎥ ⎟
⎜ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎟ ⎝ ⎠
Π
( ) 1
1
1
1
m m m
m
m
i i i j i j i j k i j k
i
i
n n n n
p pp ppp p
−
= < < <
=
⎡ ⎤
⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎢ ⎥
= ⎢ ⎥ − ⎢ ⎥ + ⎢ ⎥ − + − ⎢ ⎥
⎣ ⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎢ ⎥
⎢⎣ ⎥⎦
Σ Σ Σ
Π
追问
哥们,咋是乱码?
追答
没办法,复制不过来嘛!不过,将就着看吧。
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