雖說陳景潤對“1+2”的證明,離哥德巴赫猜想("1+1")的證明看起來只差一步之遙;但是,從那以後,人們再也沒有前進過半步了。
老路看來已經走到頭了,新路會出現嗎?
有這麼一個問題:
對任意給定的一個自然數n>1,是否至少存在一個非負整數k,使得n+k與n-k同為素數?
明眼人會一下子看出:這個問題的實質就是哥德巴赫猜想!
因為對於任意給定的偶數2n>2,如果使得n+k與n-k同為素數的非負整數k存在,這將意味著哥德巴赫猜想的成立。
2n不就顯然可以表示為兩個素數之和了嗎?顯然:2n=(n+k)+(n-k) 。
而哥德巴赫猜想是指下述命題猜想:
任意一個大於2的偶數,都可以表示為兩個素數之和。
例如10可以表示為兩個素數3與7之和:10=3+7。
哥德巴赫猜想認為這個規律對於所有大於2的偶數都成立。
因此,我們不妨討論使得n+k與n-k同為素數的基本條件。
這會是一條通往哥德巴赫猜想證明的新路嗎?
我們不難得知:
- 如果n+k不能被所有不大於√(n+k)的素數所整除,那麼n+k必為素數;
- 如果n-k不能被所有不大於√(n-k)的素數所整除,那麼n-k必為大於√(n-k)的素數或1。
顯然,必有k<n。
我們不妨分析n+k與n-k均不能被不大於√2n的所有素數整除時,k與n之間的關係情況。
我們分析的角度是考察k對這些素數模的同餘情況,與n對這些素數模的同餘情況的關聯。
不妨設變量p(x)代表不大於√2n的任意素數;
再設n≡d(x) (mod p(x)),其中非負整數變量d(x)<p(x),則有如下結論:
- 如果k≡p(x)-d(x) (mod p(x)) 不成立,則n+k≡0 (mod p(x))不成立,也即n+k不能被任意不大於√2n>√(n+k)的素數p(x)整除;從而,n+k為素數。
- 如果k≡d(x) (mod p(x)) 不成立,則n-k≡0 (mod p(x))不成立,也即n-k不能被任意不大於√2n>√(n-k)的素數p(x)整除;從而,n-k為素數或1。
綜合上述必有如下定理:
如果:
n≡d(x) (mod p(x)),並且k≡p(x)-d(x) (mod p(x)) 與 k≡d(x) (mod p(x)) 均不成立;
那麼:
當n-k≠1時,n+k與n-k必同為素數。
接下來,我們不妨舉一個例子說明:
令n=50,於是√2n=√100=10,而不大於10的素數為2,3,5,7,於是有:
- 當p(x)=2時,d(x)=0,因為50≡0 (mod 2);從而可令 k≡0 (mod 2)不成立;
- 當p(x)=3時,d(x)=2,因為50≡2 (mod 3);從而可令 k≡1 (mod 3)或k≡2 (mod 3)不成立;
- 當p(x)=5時,d(x)=0,因為50≡0 (mod 5);從而可令 k≡0 (mod 5)不成立;
- 當p(x)=7時,d(x)=1,因為50≡1 (mod 7);從而可令 k≡6 (mod 7)或k≡1 (mod 7)不成立;
根據上述4個條件,我們可在0~49中篩出非負整數k的合適取值:
根據第1、2個條件,顯然k必須是3倍數奇數,也即3,9,15,21,27,33,39,45;
根據第3個條件,我們進一步篩掉5倍數,剩下3,9,21,27,33,39;
根據第4個條件,我們最後篩掉27,剩下3,9,21,33,39。
此時可分別令:
k=3時,有n+k=53與n-k=47同為素數,有100=53+47;
k=9時,有n+k=59與n-k=41同為素數,有100=59+41;
k=21時,有n+k=71與n-k=29同為素數,有100=71+29;
k=33時,有n+k=83與n-k=17同為素數,有100=83+17;
k=39時,有n+k=89與n-k=11同為素數,有100=89+11;
k=47其實也是成立的,但在我們”令k≡2 (mod 3)不成立”時給篩掉了,此時n-k=3雖被3整除但是n-k是素數。
這說明我們所設定的過濾篩子其實過密。
然而這是不妨事的,因為我們在這裡的原則是“寧可錯殺”。
我們從上述篩法過程中可估算出滿足條件的非負整數k的個數至少有:
[50×1/2·1/3·4/5·5/7]=4 個
(這裡[ ]為取整符號,下同)
事實上“k≡1 (mod 7)不成立”這個條件是無需用上的,因此,更準確的估算應是至少有:
[50×1/2·1/3·4/5·6/7]=5 個
於是我們不妨同理運用上述方法,另尋一條通往哥德巴赫猜想證明的新路。
不妨設不大於√2n的最大素數是p(m),並且p(m)為自然數中的第m個素數;
再設滿足n+k與n-k同為素數的非負整數k的數目是S,那麼必有:
S>[ n×1/2·1/3·3/5·5/7·……·(p(m-1)-2)/p(m-1)·(p(m)-2)/p(m) ]
>[ n×1/2·1/p(m) ]
≥ [ n/2·1/√2n ]
=[ √2n/4 ]
顯然,當n≥32時,必有S>2。
這意味著當n≥32時,總有2個以上的非負整數k,使得n+k為素數並且n-k為素數或1;
也即至少有1個以上的非負整數k,使得n+k與n-k同為素數。
而n<32時,哥德巴赫猜想的成立顯然。
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