在这篇文章中,我们写了下面的公式,说是第n个素数p(n)的表达式:文章还特别说明了方括号[x]是取整函数,p!表示阶乘并指定0!=1。欢乐归欢乐,因为愚人节,很少有人注意到我们贴的公式是否正确。这里,多多数学网负责编辑表示,如果仅从方程两端是否相等的角度来看,这绝对是错误的。
在这篇文章中,我们写了下面的公式,并说它是第n个素数p(n)的表达式:
文章还特别说明了方括号[x]是整数函数,p!表示阶乘并指定0!= 1。
欢乐归欢乐,因为愚人节,很少有人注意到我们贴的公式是否正确。
在此,多多数学网负责编辑表示,如果仅从方程两端是否相等的角度来看,这绝对是一个货真价实的质数公式。整篇文章,也许这个公式是可靠的。
其实这个公式已经写进了很多通俗的数学书里,很容易解释。
奇怪的是,按照普通人的标准课程,我们大多数人都把重点放在小学学习数学中的数论知识上。初高中,除了一些竞赛需要,我几乎不学数论。在大学里,只有一些专业的学生学习初等数论。
在初等数论中,有很多有趣的知识,类似于计数,这是我们解释这个公式的重点。
公式中有两个“加号”,这是我们解释的重点。
素数的(x)函数
给定一个整数x,我们把不超过x的素数表示为(x)的函数。例如,如果有3个素数不超过6,如2,3和5,那么(6) = 3。小于11的素数有5个素数2、3、5、7和11,所以(11) = 5。
这样很容易看出,如果是第n个素数p(n),(p(n)) = n,并且当x p(n) (x) n(即(x) ≤ n-1)时,当x ≥ p (n) (x) ≥ n。
这个时间(x)只是一个计数游戏。我们需要把它表达成一个只会加、减、乘、除的东西。
用威尔逊定理表示(x)函数
学过初等数论的学生都知道一个叫做威尔逊定理的命题:
p是素数或1,当且仅当(p-1)!+1是p的倍数,不止于此,当p是大于4的复合数时(p-1)!或者p的倍数。
有了这个,我们就可以分析分母,加上加号。
让我们看看分母的内部有一个加号:
这里,当k=1时,上述公式的值为1。
根据威尔逊定理,当k为复合数时,[(k-1)!/k]是整数,因此可以去掉方括号。上述公式的值实际上是[1/k]。对于正整数,该值为0。
(k-1)当k是素数时!/k = ((k-1)!+1)/k-1/k,所以对右边的方括号做一些简单的变换,就可以得到整个公式是1。
因此,当加号的k从1开始在整个J上运行时,它实际上是一堆1和一堆0的和。k是素数或1时为1,组合时为0。这些加起来就是不超过j加1的素数,也就是1+(j)。
贝特朗-切比雪夫定理,(x)和质数公式
我们将初始公式改写如下:
看看加号内根符号下面的部分,
这是一个关于j的递减公式,关键是j = p(n)。当j ≥ p(n),(j) ≥ n时,分子小于分母,四舍五入后为零。
反之,当j p(n),(j) n表示(j) ≤ n-1,使分母不大于n,取整后为不小于1但不大于n的整数。
嗯,我们都知道n的开根数不小于1,严格小于2。利用这一点,我们可以得到以下结论:
当j p(n)时,整个加号内的公式(下面的公式)的值为1,当j ≥ p(n)时,为0。
因此,当加号的j从1开始时,实际上是连续几个1的加法,然后是p(n)开头的0的加法。刚跑了p(n)-11。
至于为什么目的地是2的n次方,这是因为
贝特朗-切比雪夫定理:对于所有正整数n,n和2n之间必须有素数。
利用这个定理,可以得出第n个素数p(n)不会超过2的n次方。
于是质数公式就出来了。
愚人节的文章也给出了另一个公式,其实是一样的。
一点经验
好吧,你对这个公式有什么想说的?太复杂了?因为它有阶乘!人造的?这个和这个有什么区别?
也许所有的理由都是对的!这些原因可能就是为什么即使看起来素数被写成一个“简单公式”,也无助于解决与素数有关的问题的原因。
但这是一个正确的公式。也许可以看作是“正确的废话”的质数公式版。
不过,有些第一次看到这个公式的读者也觉得很有意思——你可以继续躺着用!
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