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2000年前的古希腊数学家埃拉特斯特尼创造了一种筛法,可以求得给定一个自然数以内的所有素数,只要在2—n内筛去不大于<math>\sqrt{n}</math>的素数的倍数,剩下的就是素数。 === 素数的埃拉特斯特尼筛法公式 === 若自然数n不能被不大于<math>\sqrt{n}</math>任何素数整除,则n是一个素数。 可以把上面的汉字内容等价转换成为英语字母表示: <math>n=p_{1}m_{1}+a_{1}=p_{2}m_{2}+a_{2}=\dots=p_{k}m_{k}+a_{k}.</math>(1) 其中 <math>p_{1},p_{2},\dots,p_{k}</math>表示顺序素数2,3,5,....。<math>a</math>≠0。 若<math>n<P^{2}_{k+1}</math>,则n是一个素数。 我们可以把(1)式内容等价转换同余式组表示 : <math>n \equiv a_1 \pmod{p_1}, n \equiv a_2 \pmod{p_2}, \dots, n \equiv a_k \pmod{p_k}</math>(2) 由于(2)的模<math>p_{1}</math>,<math>p_{2}</math>,...,<math>p_{k}</math> 两两互素, 根据孙子定理(中国剩余定理)知,对于给定的<math>a_{1}</math>,<math>a_{2}</math>,...,<math>a_{k}</math>,(2)式在<math>p_{1}</math><math>p_{2}</math>...<math>p_{k}</math>范围内有唯一解。 '''范例''' k=1时,<math>n=2m_{1}+1</math>,解得n=3,5,7。求得了(3,<math>3^{2}</math>)区间的全部素数。 k=2时,<math>n=2m_{1}+1=3m_{2}+1</math>,解得n=7,13,19; <math>n=2m_{1}+1=3m_{2}+2</math>, 解得n=5,11,17,23。 求得了(5,<math>5^{2}</math>)区间的全部素数。 {| class="wikitable" |- ! k=3时!!<math>5m_{3}+1</math> !! <math>5m_{3}+2</math> !! <math>5m_{3}+3</math> !! <math>5m_{3}+4</math> |- | <math>n=2m_{1}+1=3m_{2}+1=</math> || 31 || 7,37 || 13,43 || 19 |- | <math>n=2m_{1}+1=3m_{2}+2=</math> || 11,41 || 17,47 || 23 || 29 |} |}求得了(7,<math>7^{2}</math>)区间的全部素数。 仿此下去可以求得任意大的数以内的全部素数。并且一个不漏地求得。 对于所有可能的<math>a_{1}</math>,<math>a_{2}</math>,...,<math>a_{k}</math>,(1)和(2)式在<math>p_{1}</math><math>p_{2}</math>...<math>p_{k}</math>范围内, 有(<math>p_{1}-1</math>)(<math>p_{2}-1</math>)(<math>p_{3}-1</math>)...(<math>p_{k}-1</math>) 个解。 ==[[黎曼猜想]]的[[素数公式]]与[[埃拉托斯特尼筛法]]关系== 参见《素数之恋》第100页德比希尔著。 <math>\zeta (s) = \sum^{\infin}_{n=1} { 1 \over {n^s}}</math> : <math> \zeta(s) = \frac{1}{1^s} + \frac{1}{2^s} + \frac{1}{3^s} + \frac{1}{4^s} + \cdots </math> 。(5) 在等号两边乘以<math>\frac{1}{2^s}</math>,由幂运算规则得到。 <math>\frac{1}{2^s} \zeta(s) = \frac{1}{2^s} + \frac{1}{4^s} + \frac{1}{6^s} + \frac{1}{8^s} + \cdots </math>。(6) 我们从第(6)式子减去第二个式子,在左边我有一个<math> \zeta(s)</math>. 又有它的<math>\frac{1}{2^s}</math>,做减法得: (<math>1-\frac{1}{2^s}</math>)<math> \zeta(s) =1+ \frac{1}{3^s} + \frac{1}{5^s} + \frac{1}{7^s} + \frac{1}{9^s} + \frac{1}{11^s} + \frac{1}{13^s} + \frac{1}{15^s}+\cdots </math>。(7) 这个减法从那个无穷和中去掉了所有偶数项。 现在我们在等号两边乘以<math>\frac{1}{3^s}</math>,而3是右边第一个还没有去掉的数: <math>\frac{1}{3^s}</math>(<math>1-\frac{1}{2^s} </math>)<math>\zeta(s) = \frac{1}{3^s} + \frac{1}{9^s} + \frac{1}{15^s} + \frac{1}{21^s} + \frac{1}{27^s} + \frac{1}{33^s} + \frac{1}{39^s} +\cdots </math>。(8) 我们再做减法得: (<math>1-\frac{1}{3^s}</math>)(<math>1-\frac{1}{2^s}</math>)<math> \zeta(s) =1+ \frac{1}{5^s} + \frac{1}{7^s} + \frac{1}{11^s} + \frac{1}{13^s} + \frac{1}{17^s} + \frac{1}{19^s} + \frac{1}{23^s}+\cdots </math>。(9) 3的所有倍数都从那个无穷和中消失了,右边还有第一个没有被去掉的数是5,如果我们两边都乘以<math>\frac{1}{5^s}</math>,结果是: <math>\frac{1}{5^s}</math>(<math>1-\frac{1}{3^s}</math>)(<math>1-\frac{1}{2^s}</math>)<math> \zeta(s) = \frac{1}{5^s} + \frac{1}{25^s} + \frac{1}{35^s} + \frac{1}{55^s} + \frac{1}{65^s} + \frac{1}{85^s} + \frac{1}{95^s}+\cdots </math>。(10) 从前面那个式子减去这个式子得: (<math>1-\frac{1}{5^s}</math>)(<math>1-\frac{1}{3^s}</math>)(<math>1-\frac{1}{2^s}</math>)<math> \zeta(s) = 1+\frac{1}{7^s} + \frac{1}{11^s} + \frac{1}{13^s} + \frac{1}{17^s} + \frac{1}{19^s} + \frac{1}{23^s} + \frac{1}{29^s}+\cdots </math>。(11) 我们继续下去,对于大于1的任意s,左边对每一个带括号的表达式,并向右边一直继续下去,对这个式子的两边都依次逐个除以这些括号,我们得到: :<math>\zeta(s) = \prod_{p} \frac{1}{1-p^{-s}}</math> =<math> \frac{1}{1-2^{-s}}\cdot\frac{1}{1-3^{-s}}\cdot\frac{1}{1-5^{-s}}\cdot\frac{1}{1-7^{-s}}\cdot\frac{1}{1-11^{-s}} \cdots \frac{1}{1-p^{-s}} \cdots.</math>。(12) (5)=(12) 说明黎曼猜想不是凭空产生的,而是来源与埃拉特斯特尼筛法。 == 参见== *[[孙子定理]] *[[双生质数]] *[[哥德巴赫猜想]] == 参考文献 == # 参见《素数之恋》第100页德比希尔著 # 《谈谈素数表达式》【中等数学】1999年2期--吴振奎教授 # 《关于一个寻找素数方法的理论依据》【中等数学】2001年4期--陈志云教授 #《从台尔曼公式谈起》【中等数学】2002年5期--王晓明教授。 [[Category:数学]]
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