Простое число

Простое число Определение простых чисел Простое число — это натуральное число, большее 1, которое не является произведением двух меньших натуральных […]

Простое число

  • Определение простых чисел

    • Простое число — это натуральное число, большее 1, которое не является произведением двух меньших натуральных чисел.  
    • Составное число — это натуральное число, большее 1, которое является произведением двух меньших натуральных чисел.  
  • История и развитие

    • Простые числа изучались с древних времен, начиная с египетских папирусов и древнегреческих математиков.  
    • Евклид доказал бесконечность простых чисел и фундаментальную теорему арифметики.  
    • В 1640 году Пьер де Ферма сформулировал малую теорему Ферма.  
    • В 19 веке Лежандр и Гаусс предположили, что число простых чисел асимптотически стремится к x/log x.  
    • В 1896 году Адамар и де ла Валле Пуссен доказали теорему о простых числах.  
  • Методы проверки простоты

    • Пробное деление — медленный метод проверки простоты числа.  
    • Тест на простоту Миллера–Рабина и тест на простоту AKS — более быстрые методы.  
    • Для чисел Мерсенна существуют специальные методы проверки простоты.  
  • Применение простых чисел

    • Простые числа используются в криптографии с открытым ключом.  
    • В абстрактной алгебре существуют объекты, ведущие себя подобно простым числам.  
  • Современные исследования

    • В 2004 году теорема Грина–Тао доказала существование сколь угодно длинных арифметических прогрессий простых чисел.  
    • В 2013 году Итан Чжан доказал существование бесконечно многих простых промежутков ограниченного размера.  
  • История классификации простых чисел

    • Евклид и другие греческие математики считали 2 простым числом.  
    • Средневековые исламские математики также не считали 1 числом.  
    • В Средние века и эпоху Возрождения 1 начали рассматривать как число.  
    • В XVIII веке Кристиан Гольдбах и Леонард Эйлер обсуждали 1 как простое число.  
    • В XIX веке многие математики продолжали считать 1 простым числом.  
    • В начале XX века математики начали считать 1 не простым числом.  
  • Элементарные свойства простых чисел

    • Уникальная факторизация: каждое число можно записать как произведение простых чисел.  
    • Фундаментальная теорема арифметики утверждает, что каждое число больше 1 можно разложить на простые множители.  
    • Простые числа являются «основными строительными блоками» натуральных чисел.  
  • Бесконечность простых чисел

    • Существует бесконечно много простых чисел.  
    • Доказательства бесконечности включают теорему Евклида и другие методы.  
    • Числа, образованные сложением единицы с произведениями наименьших простых чисел, называются числами Евклида.  
  • Формулы для простых чисел

    • Эффективной формулы для простых чисел не существует.  
    • Существуют выражения, кодирующие все или только простые числа.  
    • Примеры формул включают теорему Уилсона и диофантовы уравнения.  
  • Открытые вопросы

    • Гипотеза Гольдбаха утверждает, что каждое четное число больше 2 можно записать как сумму двух простых чисел.  
    • Теорема Виноградова утверждает, что каждое достаточно большое нечетное число можно записать как сумму трех простых чисел.  
    • Гипотезы о пробелах в простых числах включают гипотезу о простых числах-близнецах и гипотезу Полиньяка.  
  • Аналитические свойства

    • Аналитическая теория чисел изучает простые числа через непрерывные функции и пределы.  
    • Леонард Эйлер решил базельскую задачу, связанную с дзета-функцией Римана.  
    • Дзета-функция Римана тесно связана с простыми числами и гипотезой Римана.  
  • Распределение простых чисел

    • Теорема о простых числах описывает распределение простых чисел в большом количестве.  
    • Эффективной формулы для этого нет.  
    • Теорема Дирихле утверждает, что линейные многочлены с относительно простыми целыми числами a и b имеют бесконечно много простых значений.  
  • Аналитическое доказательство теоремы Евклида

    • Эйлер доказал, что существует бесконечно много простых чисел, используя суммы обратных чисел.  
    • Сумма обратных чисел простых чисел-близнецов конечна, что делает невозможным использование метода Эйлера для решения гипотезы о двойных простых числах.  
  • Количество простых чисел ниже заданной границы

    • Функция π(n) определяет число простых чисел, не превышающих n.  
    • Теорема о простых числах утверждает, что π(n) асимптотически равно n/log n.  
    • Вероятность того, что случайно выбранное число меньше n простое, обратно пропорциональна количеству цифр в n.  
  • Арифметические прогрессии

    • Арифметическая прогрессия — это последовательность чисел с одинаковой разницей.  
    • Теорема Дирихле утверждает, что бесконечная прогрессия с относительно простыми модулем и остатком содержит бесконечно много простых чисел.  
    • Теорема Грина–Тао показывает, что существуют конечные арифметические прогрессии, состоящие только из простых чисел.  
  • Простые значения квадратичных многочленов

    • Эйлер отметил, что функция дает простые числа для 1 ≤ n ≤ 40, но составные числа появляются среди более поздних значений.  
    • Гипотеза Харди–Литтлвуда предсказывает плотность простых чисел среди значений квадратичных многочленов.  
    • Ни один квадратичный многочлен не может принимать бесконечно много простых значений.  
  • Дзета-функция и гипотеза Римана

    • Гипотеза Римана утверждает, что нули дзета-функции либо четные отрицательные числа, либо комплексные числа с действительной частью 1/2.  
    • Произведение Эйлера связывает дзета-функцию с простыми числами и доказывает существование бесконечно многих простых чисел.  
    • Гипотеза Римана может объяснить асимптотическое распределение простых чисел.  
  • Модульная арифметика и конечные поля

    • Модульная арифметика изменяет обычную арифметику, используя числа {0, 1, 2, …, n-1} для натурального числа n.  
    • Деление на все ненулевые числа возможно только при модуле, являющемся простым числом.  
    • Модульная арифметика по модулю простого числа образует конечное поле.  
    • Малая теорема Ферма утверждает, что если a ≠ 0 (мод p), то a^p-1 ≡ 1 (мод p).  
  • Простые числа и гипотеза Джуги

    • Гипотеза Джуги утверждает, что уравнение является достаточным условием для p быть простым.  
    • Теорема Уилсона утверждает, что p является простым тогда и только тогда, когда факториал (p-1)! соответствует -1 по модулю p.  
  • p-адические числа

    • p-адический порядок νp(n) целого числа n — это количество копий p в его простой факторизации.  
    • p-адическое абсолютное значение |q|p рационального числа q определяется как p-νp(q).  
    • Умножение целого числа на его p-адическое абсолютное значение сводит на нет факторы p в его факторизации.  
  • p-адическое расстояние

    • Расстояние между двумя рациональными числами может быть измерено по их p-адическому абсолютному значению разности.  
    • Два числа находятся близко друг к другу, когда их разность делится на большую степень p.  
  • p-адические числа и полные поля

    • p-адические числа могут быть увеличены до полного поля, как и действительные числа.  
    • Локально-глобальный принцип позволяет решать задачи с рациональными числами через их p-адические места.  
  • Основные элементы в кольцах

    • Простые элементы в кольце R — это элементы, отличные от нуля, не имеющие обратной мультипликативной величины и разделяющие произведение двух элементов.  
    • Неприводимые элементы не являются ни единицей, ни произведением двух других неединичных элементов.  
    • В кольце целых чисел простые и неприводимые элементы образуют одно и то же множество.  
  • Главные идеалы

    • Не каждое кольцо является уникальной областью факторизации.  
    • Простые идеалы обобщают простые элементы и являются важным инструментом в коммутативной алгебре и алгебраической теории чисел.  
    • Фундаментальная теорема арифметики обобщается на теорему Ласкера-Нетер.  
  • Теория групп

    • Теоремы Силова и Лагранжа утверждают, что группы простого порядка являются циклическими.  
    • Теорема Бернсайда утверждает, что группы, порядок которых делится только на два простых числа, разрешимы.  
  • Вычислительные методы

    • Простые числа используются в криптографических алгоритмах с открытым ключом.  
    • Современные тесты на первичность и алгоритмы факторизации позволяют быстро определять простые числа.  
    • Простые числа также используются в вычислениях контрольных сумм, хэш-таблиц и генераторов псевдослучайных чисел.  
  • Методы проверки простоты

    • Судебное разделение: делит число на каждое целое число от 2 до квадратного корня из числа.  
    • Проверка только простых чисел в диапазоне.  
    • Непрактично для больших чисел из-за экспоненциального роста количества тестов.  
  • Сита

    • Сито Эратосфена: старейший метод создания списка простых чисел.  
    • Сито Аткина: более асимптотически эффективный метод.  
  • Тестирование на первичность

    • Вероятностные алгоритмы: тесты с небольшой случайной вероятностью ошибки.  
    • Тест Соловея–Штрассена: выбирает случайное число и проверяет, делится ли оно на число.  
    • Гарантированно корректные алгоритмы: тесты с математически доказанной временной сложностью.  
  • Специальные алгоритмы и крупнейшее простое число

    • Тест Лукаса–Лемера: детерминистически определяет простоту чисел Мерсенна.  
    • Самое большое известное простое число: число Мерсенна.  
  • Целочисленная факторизация

    • Задача нахождения простых множителей числа.  
    • Методы: пробное деление, алгоритм rho Полларда, факторизация эллиптической кривой.  
    • Алгоритм Шора: раскладывает числа на полиномиальное число шагов на квантовом компьютере.  
  • Другие вычислительные приложения

    • Криптографические алгоритмы: RSA, обмен ключами Диффи–Хеллмана.  
    • Хэш-таблицы: метод Картера и Вегмана, квадратичное зондирование.  
    • Контрольные суммы: международные стандартные книжные номера, Adler-32.  
    • Генераторы псевдослучайных чисел: линейные конгруэнтные генераторы, смерч Мерсенна.  
  • Простые числа в математике

    • Простые числа важны в различных разделах математики, таких как теория узлов и теория многообразий.  
    • Простые числа могут быть использованы для разложения объектов на их простые компоненты.  
    • Простые числа Ферма связаны с регулярными многоугольниками и полигональными разбиениями.  
  • Простые числа в квантовой механике

    • Простые числа связаны с энергетическими уровнями квантовых систем.  
    • Простые числа важны в квантовой информатике благодаря математическим структурам.  
  • Простые числа в биологии

    • Эволюционная стратегия цикад основана на использовании простых чисел для циклов размножения.  
    • Многолетние периоды между цветением бамбуковых растений также связаны с простыми числами.  
  • Простые числа в искусстве и литературе

    • Простые числа оказали влияние на художников и писателей, таких как Оливье Мессиан и Карл Саган.  
    • Простые числа используются как метафора в литературе, например, в романе Паоло Джордано «Одиночество простых чисел».  

Полный текст статьи:

Простое число

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх