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本帖最后由 shuluns 于 2013-7-22 13:48 编辑
* q9 Q5 I/ f5 ]3 a* ` I& { m0 x) c0 v
/ o% L$ o# J0 e r中国学者提出广义哥德巴赫猜想
& }* L8 {' @, @3 m( M* O: t8 a3 c# T: `* H1 W- R
- g, o% J* ~, a" `0 [2013年5月,张益唐在哈佛大学作报告率先证明“弱孪生素数猜想”的同时,法国高等 5 e+ w% H9 x- F) ?
师范学校教授Harald Helfgott在网上间接证明了弱哥德巴赫猜想:任何一个大于7的奇 7 N6 O0 p A* S# Y- h
数都能被表示成三个奇素数之和,从而彻底解决了三素数定理。2013年,是世界数学界
% f/ u* _% E7 Z9 O的素数年。
3 A+ S& o9 \/ J8 T( }, s8 N, o% [5 Q1 O
哥德巴赫猜想:任何一个大于4的偶数都是两个奇素数之和。
. V& A" j N: i( R
+ S# g( ? z( T5 U; T! I中国一学者在10多年前就提出了广义哥德巴赫猜想:素数对称性定理。
" w' L0 ?. n" @3 Z; x0 r! j8 I3 W; S
6 f' C; x. w8 ?3 t2 g定理如下: L- ~2 O8 v6 A- Z5 n
在首项L与公差q(L<q, q≥3)互素的等差级数中,对于该级数中的任一项x/2,x/2 >φ(q)*q^2,* ?. O5 o# \% P5 [! h
φ(q)为q的欧拉函数,至少有一对素数关于x/2对称。即:x可表示为该级数的2个素数之和。
$ E" p0 o8 A: z! g) ^
! K3 v& J' L3 H7 g) ?G(x,q)表示该级数中对称素数个数。4 U# j* e( }/ w8 {8 K P
当 q=2^m,G(x,q)≥1/φ(q)*1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。当 q=2^m 且x不能整除% f" @0 @4 P5 u; a
小于√x的奇素数时,G(x,q) =1/φ(q)*1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。# X8 _0 m" D7 E+ r
当 q为奇数时,G(x,q)≥1/(φ(q)-1)*1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。当 x=2^n 或x不能
' i( S9 p: b. I" v. [- ]整除小于√x的奇素数时,G(x,q) =1/(φ(q)-1)*1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。) G# q7 z; |/ O+ J! u
当 q=2^m*j(j为奇数),G(x,q)≥1/φ(2^m)*(φ(j)-1)*1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。当
& \4 Q, h# F5 L2 ]q=2^m*j 且x不能整除小于√x的奇素数时,G(x,q) =1/φ(2^m)*(φ(j)-1)*1.32*x/(ln x)^2 1 {- G" Q. u* q! L* m3 Q8 a
+ O(√x/ln√x)。9 j2 j: p" }( P$ t7 V5 r
, T" a; q% C4 o由此可见,当q=2,q=3或q=6时,G(x)=G(x,q)≥1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。即哥德巴赫
! ]( `4 Z! y, \) G猜想表达式。当q=2,q=3或q=6,且x=2^n 或x不能整除小于√x的奇素数时, G(x) =G(x,q)=- k8 Y, r' \% \% z: A% e
1.32*x/(ln x)^2 + O(√x/ln√x)。即哥德巴赫猜想表达式与孪生素数猜想表达式相同。7 U5 ~5 o; a# `6 Q2 d
当 q=1或2,即哥德巴赫猜想。
! w. }! c" Q$ Z1 r) x: u: q! l }1 c) r+ b, Q. U' e
Hardy曾说过:“如果哥德巴赫猜想有一天被证明,其方法应该类似于我和Littlewood 2 o9 ~) K2 m( T$ M
的方法”,不是圆法无力,而是我们的分析工具不够。我们不是在原则上没有成功,而 ) R! n$ W: o/ z. H$ z7 A7 _
是在细节上没有成功。” & U4 X# A' Z9 c; s
+ v( B# T. Y1 x! T" O* t( o
证明哥德巴赫猜想最有效的两种方法圆法和筛法,现在只能逼近,无法成功。是方法的
: [8 d1 I7 r' d6 O( {) d局限还是细节的疏忽?令人深思。 z6 h3 ~" h. b! Q% m; ^
- ?# |& Z- E. W
哥德巴赫猜想与孪生素数猜想同源。
4 C( a$ h8 D4 \( k, ~) Z( s9 w; J# t, _1 H, N1 f, d+ T) p' S+ c' Y
孪生素数猜想:世界上最远的距离,不是7000万到无穷大的距离,而是彼此相邻,却永 * o. p: [8 d5 Z4 C
远无法走到一起。哥德巴赫猜想:世界上最远的距离,不是无穷大的距离,而是彼此相
8 M: Y3 l' U! s: b. u) O0 x对,却得不到社会的认可。
; [5 ^* K7 s; ]. x( m% {! ^7 V/ ~6 W, D4 W( W" N W' P
广义哥德巴赫猜想所提出的素数对称性定理,揭开了素数的对称性分布之谜。无序中的 S& Z {! j9 F! k( h7 |
有序,有序中的无序。素数的对称性,才是哥德巴赫猜想的本质。问题的提出,也许比
' b- I8 Y* Y. L; J6 o9 n解决问题本身更有价值。
6 g4 J* }) w6 R$ N8 G1 U; x! z, _6 [# I9 J% g( U, C: H* H% D
素数对称性定理的发现,犹如打开了素数分布的黑洞,过去对哥德巴赫猜想的所有证明 8 |5 _$ [9 i% N0 }% L
,包括最好的证明(1+2),有可能变成废纸一张。也许这就是素数对称性定理不为人 1 D# [3 w% l- X# v H- a: R/ b
知的原因。
8 P2 W: y. Y" d" S P7 _9 l
$ L9 X! D" ]2 U9 H* t( o9 Z一数学教授曾经对此定理作过预测:除非外国数学家首先提出,否则国内无人接受。
" Q r/ S, u! F: `) K
* S K) I0 k P, b8 |张益唐破译的弱孪生素数猜想,其实是广义孪生素数猜想中当q<3500万,2q<7000万
! B$ {- J: U9 z" Q; [" _! A8 g, I的弱形式。q=1,即孪生素数猜想。对于数学家来说,7000万与7000并无质的差别。如同 4 n$ ~6 N+ ^/ l H0 G1 I; r
宇宙演化的历史,时间静止一般,一万年与一亿年也无质的差别。 4 U. x0 f3 M1 M# H: Y% n
8 c( U2 S X5 m
孪生素数猜想首先从广义孪生素数猜想取得突破,出乎数论学家的意料。哥德巴赫猜想 * v2 O: k z5 A4 I {: H
能否另辟蹊径,从广义哥德巴赫猜想取得重大进展,也未可知。 5 g3 X' d. B0 L
. _3 K3 P( r: ^5 c素数对称性定理,无疑是一个惊人的发现。它不但揭示了素数对称性分布的普适性,而且 F# H' w1 G) a% a
揭示了哥德巴赫猜想与孪生素数猜想内在的同一性。 0 ]0 ]0 v; N' W ?: W# g3 ^! a% v
# y% n/ V& }: @- N2 f" u2 z
4 z! S, F3 G' C* j8 M附:关于算数数列中素数对称性定理的科普说明
% h! L) ?& P ^ y% t; B4 b n4 [$ f2 [# ^/ E E! }
. G3 h$ L4 g7 J# _9 d9 jq=1,为自然数列。q=2,即奇数数列。 * g8 ~ L$ K; k
' [- M& C5 _2 r- c$ Cq=3,因为64=1+3k,取N/2=64,N=128。此时,能表示为1+1的素数个数最少。只需考察素 & a5 U. F& v- ~1 `# E8 X9 W5 |4 U# N
数个数最少即可。 + d- P4 g+ q# O3 P7 @: g0 B: X
首项为1,公差为3的1+3K数列为: 7 e& w0 [/ q7 ?3 |' ~# D
1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76, , ]* V( v* j0 b, F2 O% @1 z
79,82,85,88,91,94,97,100,103,106,109,112,115,118,121,124,127。 : S [" o/ W7 i. q k- `' j
当N/2 >φ(q)*q^2,即N/2 >18时,N >36时,128可表示为这个数列之中的两个素数之 ) |. O2 @! q- J0 \4 Z2 Q
和。 9 J8 b& F5 N* U) C4 t5 f
128=19+109=31+97=61+67。共3对6个素数。 2 F% ?8 H3 l" @( Z+ Z& Q
5 ~; I. ?1 W0 z- F/ Bq=3,因为62=2+3k,取N/2=62,N=124。此时,能表示为1+1的素数个数最少。 * K ]% V1 z4 v5 g7 Q! i- s
首项为2,公差为3的2+3K数列为: + M& F. v/ o; _9 ?
5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80, % [# V. l) |+ O- b- f/ T' ~
83,86,89,92,95,98,101,104,107,110,113,116,119。 8 b* N1 C8 v5 J0 z% ^% ]
当N/2 >φ(q)*q^2,即N/2 >18时,N >36时,124可表示为这个数列之中的两个素数之 ! S9 g3 U' b6 j* K7 e5 A/ a3 C
和。 . J) \) W+ U2 X7 F$ \$ D' R) e
124=11+113=17+107=23+101=41+83=53+71。共5对10个素数。 5 E1 N0 [" U5 R/ j% l2 P ^
# _5 C" b$ i& r0 G/ @128以内的孪生素数对个数为:3,5,5,7,11,13,17,19,29,31,41,43,59,61,71,73,101, 7 v! p/ `! [2 c& C' ^+ C- K4 d' F2 V
103,107,109。共10对孪生素数。
q) X1 J; D7 d124以内的孪生素数对个数为:3,5,5,7,11,13,17,19,29,31,41,43,59,61,71,73,101,
`4 S0 x# m0 A7 z) l103,107,109。共10对孪生素数。
( o8 g* t8 A4 X; `& j可见: : h* z, {0 P) P5 a8 t6 G5 j. f5 }
128可表示为该数列的两个素数之和,共3对6个素数。几乎等于10/(φ(q)-1)=10。
; V+ T8 g) \; \0 g# A( D124可表示为该数列的两个素数之和,共5对10个素数。等于10/(φ(q)-1)=10。
* G) o8 N# L/ r" p( S2 T# G8 k2 j1 b/ }& r% Z' j$ ?3 D0 M; @" R
q=4=2^2,因为61=1+4k,取N/2=61,N=122。此时,能表示为1+1的素数个数最少。 8 F3 ~: U% ~* G6 p7 Y
首项为1,公差为4的1+4K数列为:
+ G2 D) ?. ] e1,5,9,13,17,21,25,29,33,37,41,45,49,53,57,61,65,69,73,77,81,85,89,93,97,101, 2 V5 \+ N$ D1 N4 R ~
105,109,113,117,121。
; O j2 Y& |( I: o. E3 Y当N/2 >φ(q)*q^2,即N/2 >32时,N >64时,122可表示为这个数列之中的两个素数之
9 s) r+ U% b2 P和。 / l/ r- S6 U% E$ Y: c3 T0 L' ? \
122=13+109=61+61。共2对3个素数。 . M- L1 R/ u$ D8 l! }
122以内的孪生素数对个数为:3,5,5,7,11,13,17,19,29,31,41,43,59,61,71,73,101,
7 v- R8 m, a# N% ?$ s! e5 u. ^103,107,109。共10对孪生素数。 ' | ~6 F( H4 n/ v9 i: f S
可见:122可表示为该数列的两个素数之和,共2对3个素数。几乎等于10/φ(q)=5。
/ \/ s$ f1 c& d. w
* S! g- f! W9 x3 V# C8 cq=4=2^2,因为67=3+4k,取N/2=67,N=134。此时,能表示为1+1的素数个数最少。
) t& B3 J0 b* S: j1 c首项为3,公差为4的3+4K数列为: 5 s$ l$ _. G! r: a! G, d9 ^
3,7,11,15,19,23,27,31,35,39,43,47,51,55,59,63,67,71,75,79,83,87,91,95,99,103, 4 w0 P: T: v/ B& f+ R" m* |" w( o
107,111,115,119,123,127,131。 - C4 W: y: u3 ^4 p
当N/2 >φ(q)*q^2,即N/2 >32时,N >64时,134可表示为这个数列之中的两个素数之
+ h' K' M8 }3 V0 B' \$ i; {, l和。
0 B3 m/ T) G# j3 [+ t134=3+131=7+127=31+103=67+67。共4对7个素数。 1 b8 |6 V4 _, \
134以内的孪生素数对个数为:3,5,5,7,11,13,17,19,29,31,41,43,59,61,71,73,101,
9 w* h% n; y+ n5 u& s103,107,109。共10对孪生素数。
3 l+ P4 U. G+ f0 O- N* a可见:134可表示为该数列的两个素数之和,共4对7个素数。几乎等于10/φ(q)=5。
0 d/ v, Q2 c6 S* c8 T$ v' A4 ]
0 F% ?2 p" p2 ~! M; U. Hq=5,因为106=1+5k,取N/2=106,N=212。此时,能表示为1+1的素数个数最少。 2 ^5 l( e6 n9 O; `
首项为1,公差为5的1+5K数列(只列奇数)为: ; o2 Z3 t2 `! K. X7 t/ P
1,11,21,31,41,51,61,71,81,91,101,106,111,121,131,141,151,161,171,181,191,201,
: ]) q9 u3 o, k211。
$ z+ x j) q6 q当N/2 >φ(q)*q^2,即N/2 >100时,N >200时,212可表示为这个数列之中的两个素数 6 M7 W7 k8 l6 _: Q4 W- `+ t0 G
之和。 0 i' Z4 ` u2 m
212=31+181=61+151。共2对4个素数。
$ p# d" J6 `% I% l' [8 t f- N212以内的孪生素数对个数为:3,5,5,7,11,13,17,19,29,31,41,43,59,61,71,73,101, 4 C$ N+ c+ A, J: w
103,107,109,137,139,149,151,179,181,191,193,197,199共15对孪生素数。 ; _" S4 I4 o9 v3 S K1 q
可见:212可表示为该数列的两个素数之和,共2对4个素数。几乎等于15/(φ(q)-1)= . ^. C: y4 |8 W2 Z
5。 6 j7 Z9 B. j9 v$ s
7 K# \: h0 }' b7 Y7 H
结论:
1 W" g& l, M- {5 A0 M7 I! O7 _在首项L与公差q(L<q, q≥3)互素的等差级数中,对于该级数中的任一项x/2,x/2 >φ(q)*q^2,# n) D! Q8 @ T' M
φ(q)为q的欧拉函数,至少有一对素数关于x/2对称。即:x可表示为该级数的2个素数之和。
' k& N$ H' a- g4 n# g; _% A* w9 X3 X8 ?
% D8 |. ]0 b! j( |+ F4 D/ M8 S6 z( u) X) g3 H* s! S2 i
" \6 I8 v$ ~: h3 }
a- h7 R; K4 k0 |' m! a |
zan
|