2020年11月26日 星期四

[科普] 質數的故事

您可能知道1到100總共有25個質數,但您知道質數是怎麼發現的嗎? 

首先說明一下質數的定義:一個正整數,除了本身和1以外並沒有任何其他正因數。例如:2、3、5、7。但是根據定義,1不是質數。除了1本身只有一個正因數以外,還牽扯到質因數分解是唯一分解定理的關係。 簡單來說,任何數的質因數分解都會是唯一解。但如果1是質數的話,則任何數的質因數分解都可以乘以任意個1,就不會是唯一解。

雖然從古埃及的紀錄中就可以看到質數的跡象,但是現今最早倖存紀錄來自古希臘的幾何原本,裡面就包含許多與質數有關的重要定理。例如質數有無限多個的證明、算術基本定理等等。 而1是否為質數,由於古希臘不把1視為數字(甚至2是不是質數也有爭議。古希臘人認為1是單位,而多個單位稱為數字),後來的人主要跟隨古希臘人的看法,直到中世紀和文藝復興時期,才開始有數學家把1納入數字裡,開始討論1算不算是質數。 

1到100有25個質數,101到200有21個,並且隨著數字越大,質數也越少。那末,質數是不是有限的呢?從古希臘開始就有「質數有無限個」的證明。

假如質數有限,且說是n個吧。則P1......Pn是所有的質數,那會存在一個數P=P1xP2xP3......xPn+1,應該會存在一個質因數Pi。但這個Pi又會是P1xP2xP3......xPn的質因數,而1不會是Pi的倍數,所以可以證明P不會被Pi整除。故說質數不會是有限的。 

為什麼我們要尋找越來越大的質數,除了對密碼學有益,還有,就是數學家的浪漫吧。 

延伸閱讀: 
新發現的超大孿生質數 
https://sites.google.com/a/g2.nctu.edu.tw/unimath/2016-10/bigtwinprimes 
三年可以賺500萬,比樂透還划算!(農場標題)
https://sites.google.com/a/g2.nctu.edu.tw/unimath/2016-01/MersennePrimes

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