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初等數論
(數學分支)
鎖定
初等數論歷史發展
初等數論古希臘
古希臘畢達哥拉斯是初等數論的先驅。他與他的學派致力於一些特殊整數(如親和數、完全數、多邊形數)及特殊不定方程的研究。公元前4世紀,歐幾里德的《幾何原本》通過102個命題,初步建立了整數的整除理論。他關於“素數有無窮多個”的證明,被認為是數學證明的典範。
初等數論已經有2000年的歷史,公元前300年,歐幾里得發現了素數是數論的基石,他自己證明了有無窮多個素數。公元前250年古希臘數學家埃拉託塞尼發明了一種篩法。2000年來,數論學的一個最重要的任務,就是尋找一個可以表示所有素數的統一公式,或者稱為素數普遍公式,為此,人類耗費了巨大的心血。後來發現埃拉託塞尼篩法可以轉換成為一個素數產生的公式:
公元前250年同樣是古希臘的數學家埃拉託塞尼提出一種篩法:
(一)“要得到不大於某個自然數n(不等於0)的所有素數,只要在2至n中將不大於
的素數的倍數全部劃去即可”。
(四)上述的(三)可以用符號如此表達:
N=p1m1+a1=p2m2+a2=......=pkmk+ak (1)
其中
p1,p2,.....,pk順序地表示素數2,3,5,...。a≠0。即N不能是2m+0,3m+0,5m+0,...,pkm+0形。若
,則N是一個素數。
(五)可以把上述的式(1)用同餘式組表示:
N≡a1(modp1), N≡a2(modp2),.....,N≡ak(modpk)(2)
例如,29不能夠被
以下的任何素數2,3,5整除,29=2x14+1=3x9+2=5x5+4。
29≡1(mod2),29≡2(mod3), 29≡4(mod5)。29小於72=49 ,所以29是一個素數。
由於(2)的模
p1,p2,....,pk兩兩互素,根據孫子定理(中國剩餘定理)知,(2)式在p1,p2,.....,pk範圍內有唯一解。
例如k=1時
,N=2m+1,解得N=3,5,7。求得了(3,32)區間的全部素數。
k=2時,N=2m+1=3m+1,解得N=7,13,19;N=2m+1=3m+2,解得N=5,11,17,23。如此,求得了(5,52 )區間的全部素數。
仿此下去可以求得任意給定數以內的全部素數。
(六)用程序方法求素數。“若一個自然數n,判斷n/k是否整除,先判斷其能否整除2,若不能再判斷其能否整除3,依次向下判斷,當k>(n/k)時,判斷結束。”如果所有判斷都不能整除,則自然數N為素數。
初等數論古代中國
中國古代對初等數論的研究有着光輝的成就,《周髀算經》、《孫子算經》、《張邱建算經》、《數書九章》等古文獻上都有記載。孫子定理比歐洲早500年, 西方常稱此定理為中國剩餘定理,秦九韶的大衍求一術也馳名世界。初等數論不僅是研究純數學的基礎,也是許多學科的重要工具。它的應用是多方面的,如計算機科學、組合數學、密碼學、信息論等。如公開密鑰體制的提出是數論在密碼學中的重要應用。
初等數論初等數論
初等數論有以下幾部分內容:
6.高斯函數。
初等數論是一個理論層次
第一個層次叫做數學概念,是反映對象的本質屬性的思維形式。人類在認識過程中,從感性認識上升到理性認識,把所感知的事物的共同本質特點抽象出來,加以概括,就成為概念。表達概念的語言形式是詞或詞組。科學概念,特別是數學概念要求更加嚴格,至少必須具備三個條件:專一性,精確性,可以檢驗。例如:”孿生素數“就是一個數學概念。
第二個層次叫做數學命題,數學命題是對一系列數學概念之間的關係作出判斷的句子。一個命題要麼真,要麼不真(這由邏輯中的排中律保證)。真命題包含定理,引理,推論,事實等。命題既可以是存在性命題(表述為”存在......."),也可以是全稱命題(表述為“對於一切.....")。
第三個層次叫做數學理論,把方法,公式,公理,定理,原理,組合成為一個體系叫做數學理論。例如“初等數論”,由公理(例如等量公理),定理(例如費馬小定理),原理(例如抽屜原理,一一對應原理),公式等組成。
在數學證明時,全稱命題常常不能通過枚舉法來判斷真偽,這是因為數學有時面對的是無窮多個對象,永遠不可能一一枚舉出每一種情況。不完全歸納法在數學中是不可行的,數學只承認演繹邏輯(數學歸納法,超限歸納法等均屬於演繹邏輯)。
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初等數論代表人物
初等數論費馬
費馬(2張)
費馬小定理:a^p-a≡0(mod p),其中p是一個素數,a是正整數。