【数学】素数基本概念、性质、定理、猜想

素数相关的基本概念、性质、定理、猜想和梅森素数。

基本概念与性质

  • >1>1,正整数,除了11 和本身不能被其他数整除
  • d>1,d∈N∗,p是素数,d∣p⇒d=pd>1,d\in N^*,p是素数,d|p\Rightarrow d=p
  • pp 是素数,p∣ab⇒p∣aorp∣bp|ab\Rightarrow p|a\quad or\quad p|b
  • 素数无穷多
  • 每个大于11 的正整数都有一个素因子
  • nn 是合数,则必有≤n\leq \sqrt n 的素因子
  • gcd⁡(m,n)=1⇒gcd⁡(m,n+m)=1\gcd(m,n)=1\Rightarrow \gcd(m,n+m)=1 (反证法)

定理与猜想

猜想

  • 伯特兰猜想:任意正整数nn (大于11 ),存在素数pp 有n<p<2nn<p<2n
  • 孪生素数猜想:存在无穷多的pp 和p+2p+2 的素数对
  • 哥德巴赫猜想:每个大于22 的正偶数可以写成两个素数之和

素数定理

  • 定义π(x)\pi(x) 表示小于xx 的素数个数,π(x)=xln⁡x\pi(x)=\frac{x}{\ln x}

  • 推论:定义pnp_n 为第nn 个素数,pn∼nln⁡np_n \sim n\ln n

算术基本定理

  • 定理:每个大于11 的正整数nn 都可以被唯一的写成素数的乘积n=p1α1p2α2⋯pkαk,p1<p2<⋯<pkn={p_1}^{\alpha_1}{p_2}^{\alpha_2}\cdots{p_k}^{\alpha_k},p_1<p_2<\cdots<p_k 且是素数,α1,α2,⋯αk\alpha_1,\alpha_2,\cdots \alpha_k 是正整数。

  • 设d(n)d(n) 为nn 的正因子个数,ϕ(n)\phi(n) 为nn 的所有因子之和,则有

    d(n)=(\alpha_1+1)(\alpha_2+1)\cdots(\alpha_k+1)\\ \phi(n)=\frac