哥德巴赫猜想是要证明“1+1=2”吗?
1978年,作家徐迟在《人民文学》发表了报告文学《哥德巴赫猜想》,讲述了中国数学家陈景润在哥德巴赫猜想研究中的杰出贡献,由此很多人知道了哥德巴赫猜想,并认为哥德巴赫猜想就是要证明“1+1=2”。哥德巴赫猜想果真是要证明“1+1=2”吗?
早在1742年,德国人哥德巴赫写信给大数学家欧拉,提出了两个猜想:(1)任何一个大于2的偶数都是两个素数之和;(2)任何一个大于5的奇数都是三个素数之和。欧拉表示他相信哥德巴赫的猜想是对的,但他不能加以证明。很容易证明(2)是(1)的推论。所以,第一个猜想是最基本的,由于素数只有一个因子,所以通常将猜想(1)表示为(1+1)。(1+1)其实是哥德巴赫猜想的一种表示,而不是要证明“1+1=2”,“1+1=2”是不需要证明的。
哥德巴赫猜想吸引了世界上很多著名数学家的兴趣,并在证明上取得了很好的成绩。
1922年英国数学家哈代与李特尔伍德提出了“圆法”。1937年,苏联数学家伊万·马特维耶维奇·维诺格拉多夫就应用圆法,结合他自己创造的方法,证明了每个充分大的奇数都是三个素数之和,基本上证明了哥德巴赫猜想的第二题。这样,哥德巴赫猜想就主要指第一题了。
世界上的数学家对这个难题下了不少的工夫。1920年,挪威数学家布朗改进了古老的“筛法”,证明了每个充分大的偶数都是两个素因子个数不超过9的正整数之和,即(9+9)。德国数学家拉代马哈在1924年证明了(7+7)。英国数学家埃斯特曼于1932年证明了(6+6)。苏联数学家布赫夕塔布于1938年和1940年分别证明了(5+5)与(4+4)。这好像运动员不断地刷新着世界纪录。
1956年,中国数学家王元证明了(3+4),同一年,苏联数学家阿·维诺格拉多夫证明了(3+3)。1957年王元证明了(2+3)。这些结果的缺点,在于两个相加的数中还没有一个可以肯定为素数的。
到了1962年,中国数学家潘承洞与苏联数学家巴尔巴恩各自独立证明了(1+5)。1963年,潘承洞、王元和巴尔巴恩都证明了(1+4)。1965年,阿·维诺格拉多夫、布赫夕塔布与意大利数学家邦别里证明了(1+3)。中国数学家陈景润在对筛法作了新的重要改进之后,于1966年证明了(1+2),取得了迄今世界上关于哥德巴赫猜想(1)这个难题的最好成绩。他证明了:任何一个充分大的偶数,都可以表示为两个数之和,其中一个是素数,另一个或者是素数,或者是两个素数的乘积。世界上称这个定理为“陈氏定理”。这个定理受到了世界数学界的重视,不少数学家致力于简化这个定理的证明。目前世界上已有五个简化证明,最简单的简化证明是由中国数学家王元、丁夏畦和潘承洞共同作出的。
哥德巴赫猜想的证明还没有结束,还需要作最后的冲刺。经过了这几十年来世界各国数学家的研究,我们可以看出,哥德巴赫猜想也像其他经典问题一样,它的一切成就都是在前人成就的基础上,通过迂回的道路而得到的。如果连数论基础知识都没有认识,前人的成果也没有摸过,而凭着热情来企图证明(1+1),那只能是浪费时间和导致错误的结果。数学是一门很严谨的学问,不能草率马虎,既要有敢于创新的精神,更要有严谨的科学态度,这是许许多多数学家成功的要诀。
在数学研究中,往往根据一些感性认识,小心地提出“猜想”,然后再通过严格的数学推导来论证。被证明了的猜想,就变成了“定理”,但也有不少猜想被否定了。
【知识点】陈氏定理
1966年,中国数学家陈景润发表了一个数论定理——陈氏定理。这个定理证明了任何一个足够大的偶数都可以表示成两个素数的和,或是一个素数和一个半素数(只有两个素因子的合数)的和。简单地称为(1+2)。陈景润的论文是这样表示这个定理的:对于任何一个大偶数N,总可以找到奇素数P'、P",或者P1、P2、P3,使得下列两式至少一式成立:
N=P'+P"
N=P1+P2×P3
当然并不排除两式同时成立的情形,如62=43+19,62=7+5×11。
【发散思维】你能用埃拉托色尼筛法确定100以内的素数吗?