漫畫:什麼是 哥德巴赫猜想?

2021-02-15 程式設計師小灰

故事發生在小灰上小學的時候,

有一天小灰向他的小學老師請教問題.

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哥德巴赫猜想的起源

說起哥德巴赫猜想的起源,就不得不提到兩個人,其中一位是業餘數學家哥德巴赫,另一位是著名的大數學家歐拉

      

首先讓我們來回顧一下素數的含義:

所謂素數,就是除了1和它本身以外,無法被其他自然數所整除的數。比如 2,3,5,7,11,13,17,19.

話說有一天,哥德巴赫同學腦洞大開,發現有許多正整數都可以寫成三個素數之和。

什麼意思呢?讓我們看幾個例子:

整數9,可以寫成 2+2+5

整數16,可以寫成 2+7+7

整數30,可以寫成2+11+17

那麼,如何能證明,任何一個大於5的整數都可以寫成三個素數之和?


哥德巴赫自己也想不出來,於是他寫信詢問他的朋友歐拉。

歐拉把哥德巴赫的命題做了如下轉化:

任何一個大於2的偶數,都可以寫成兩個素數之和。

這又是什麼意思呢?讓我們再看幾個例子:

偶數6,可以寫成 3 + 3

偶數18,可以寫成 5 + 13

偶數24,可以寫成 5 + 19

「任何一個大於5的整數,都可以寫成三個素數之和。」

「任何一個大於2的偶數,都可以寫成兩個素數之和。」

為什麼說這兩個命題等價呢?

簡單地解釋,把所有寫成兩素數之和的偶數再加上2或3,就可以表示一切大於5的正整數:

這樣一個等價版本的命題,就成為了後世著名的哥德巴赫猜想

什麼是殆素數 ?


所謂殆素數,是指素數因子的個數不超過某一固定常數的正整數。

比如 15=3×5,有2個素數因子,我們可以說整數15是素數因子數量不超過2的殆素數。

再比如 45 = 3×3×5,有3個素數因子,我們可以說整數45是素數因子數量不超過3的殆素數。

而真正的素數,本身就只有1個素數因子。

想要一步到位證明哥德巴赫猜想,即「任何一大於2的偶數都可以寫成兩個素數之和」,恐怕並不太容易。那麼我們不妨降低要求,首先證明任何一個大於2的偶數都可以寫成兩個殆素數之和,再一步一步向最終目標推進。

功夫不負有心人,1920年,有人成功證明了任何一個大於2的偶數都可以寫成兩個 「素數因子數量不超過9」 的殆素數之和,這個成果被簡稱為 「9+9」

很快,更多的 「捷報」 陸續誕生:

1924年,「7 + 7」 被成功證明,即任何一個大於2的偶數都可以寫成兩個「素數因子數量不超過7」 的殆素數之和。1937年,「5 + 7」、「4 + 9」 被成功證明。1956年,「3 + 4」、「3 + 3」、「2 + 3」 被成功證明。1962年,「1 + 5」、 「1 + 4」 被成功證明。
1966年,「1 + 2」 被成功證明,這一次的功臣是我國的著名數學家陳景潤先生。
用最直白的語言來描述,陳景潤證明了任何一個大於2的偶數都可以寫成(素數A+素數B×素數C)或(素數A+素數B)的形式。

(在公眾號後臺回復 論文 兩個字,可查看陳景潤證明「1+2」的論文)

此時,關於哥德巴赫猜想的研究進展距離最終目標只有一步之遙!

而這個問題的終點,「任何一大於2的偶數都可以寫成兩個素數之和」,就是傳說中的 「1+1」

因此,這裡的「1+1」指的是兩個素數之和,千萬不要把它理解成字面上的1+1=2,不然就丟人現眼了!

哥德巴赫猜想的未來

既然陳景潤先生已經成功證明了 「1+2」,那麼最終證明 「1+1」 豈不是手到擒來了?

很遺憾,一直到50多年後的今天,哥德巴赫猜想的終點 「1+1」 還是沒有得到成功證明。

時至今日,有許許多多的 「民間數學家」 花費大量精力試圖證明哥德巴赫猜想,他們對於數學世界的探索精神很值得讚賞。但是,由於缺乏起碼的數學功底,他們的證明往往從根兒上就是錯誤的。

 

但是話說回來,我們也期望著有朝一日,哥德巴赫猜想能夠被某個絕世的數學天才成功證明。

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    後者那篇著名的報告文學,讓很多人知道了有位中國數學家,用了幾大麻袋演算紙,將哥德巴赫猜想的證明往前推進了一步。但陳景潤究竟在這個領域取得了多大的進展呢?讓我們從哥德巴赫猜想本身說起。這也是現在哥德巴赫猜想的通常表述方式,其亦稱為"強哥德巴赫猜想"或"關於偶數的哥德巴赫猜想"。歐拉認為可以將這一猜想視為定理,只可惜他也無法給出猜想的證明。
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