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01 如何不去考虑数(第4页)

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数的荣耀中有一项是如此显而易见,以至于很容易被忽视——它们每一个都是独一无二的。

每个数都有自己的结构——如果你喜欢的话,可以称之为个性。

单个数的个性非常重要,这是因为当一个特定的数出现时,它的特征会反映在它所描述的集合的结构中。

当我们执行加法和乘法这些基本的数的运算时,数之间的关系也会显现出来。

显然,任何比1大的自然数都可以表示成更小的数的和。

但是,当我们开始将数相乘,我们很快注意到有些数从来都不会在我们得到的乘积里出现。

这些数就是素数[5](primenumber)。

它们代表了乘法的构成要素。

一个素数是一个像7,23或103这样的数。

它有且仅有两个因数——1和它本身。

我们并不把1看作一个素数,因为它只有1个因数。

那么,第一个素数便是2。

这也是仅有的偶素数。

接下来的3个素数3,5和7都是奇数。

大于1而又不是素数的数称为合数(ber),因为它们由一些更小的数复合而成。

数4=2×2=22是第一个合数;9是第一个奇合数,9=32也是一个平方数(squarenumber);6=2×3是我们第一个真正意义上复合的数,因为它由两个不同的大于1的因数复合而成。

而8=23是第一个立方数(umber),立方数是指等于某个数的3次幂的数[6]。

紧接着个位数的是我们选择的底数10=2×5,它本身就是特殊的,而且还是三角的,因为10=1+2+3+4(回想一下十瓶制保龄球)。

接下来我们有一对孪生素数(twinprimes)11和13,它们是由12隔开的两个相邻的奇数,且同为素数。

考虑到数值的大小,12显得有很多因数。

的确,12是第一个所谓的盈数[7](abundantnumber),因为它的真因数(properfactor)——严格小于它自身的因数——之和超过了这个数本身:1+2+3+4+6=16。

数14=2×7可能看起来并没有什么特别的,但这实在是一条悖论,作为第一个不特别的数本身就是一件特别的事。

到了15=3×5,我们又遇到了一个三角数,并且它是第一个等于两个真因数之积的奇数。

数16=24不仅是一个平方数,还是第一个四次幂数(在1以后),这使得它十分特别。

17和19是另一对孪生素数。

对于18和20,以及更多数的独有性质,我就留给读者朋友自己去观察了。

对每一个数,你都可以说它是特别的。

回到素数,它们中的前20个是:2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71。

显然,在数列的开始部分,素数是十分常见的,因为小的数没有多大可能会有因数分解。

在这之后,素数越来越稀少。

比如,只有一组连续3个奇素数:3,5,7。

这三者的组合是独一无二的,因为每3个奇数就会出现1个3的倍数,所以这种情况再也不会发生。

此外,素数出现频率减少的过程是十分松散的,还非常不规律。

比如,30~40之间只有两个素数,即31和37,但刚过100就会有两个“相继的”

孪生素数对,即101,103和107,109。

素数在数千年来一直深深吸引着人们[8],因为它们无穷无尽(我们在下一章会证明这个说法),在自然数中现身的方式又神出鬼没。

它们性质中神秘莫测的这一面在现代密码学(cryptography)中被加以运用,来保护互联网上的机密信息。

这将是第4章的话题。

素性检验:素数整除性测试

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