伯特兰-切毕雪夫数学定理的本质,是奇质数(2ⅹ-pa)定理
投稿人:解平训 投稿时间:2024-09-25 16:02 访问量:


观察下表:

说明:p是小于x的奇质数, pa是使奇数(2x-p)为奇质数时的p,pa∈P。m是小于x的奇合数, ma是使(2ⅹ-m)为奇质数的m,ma∈M。

通过观察,容易发现:

1、区间(2,x)中的奇数只有奇质数p、奇合数m。(x>9,x∈N).

2、  区间(x,2x-2)中的奇数只有奇数(2x-p)、奇数(2ⅹ-m)。 (x>9,x∈N)。

3、 奇质数(2x-ma)在(x,2x-2)中,或存在或或不存在。[x>9,x∈N, m是小于x的奇合数,ma是使(2ⅹ-m)为奇质数的m]

4、奇质数(2x-pa)在(x,2x-2)中,一定存在。[x>9,x∈N, p是小于x的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p]

这些结论成立吗?

 伯特兰-切毕雪夫数学定理:

“若整数n > 3,则至少存在一个质数p,符合n < p < 2n − 2。”

因为这里“n > 3”,“n < p”,所以“质数p”一定是奇质数,因此,伯特兰-切毕雪夫数学定理可以表述为:“在区间(x,2x-2)中至少存在一个奇质数.(x>3,x∈N)”,或者,“在区间(x,2x-2)中一定存在奇质数.(x>3,x∈N)”。

设a、x,使x>9,a在区间(0,x)中 ,a∈N,x∈N。设b,使b在区间(x,2x)中,b∈N。

∵a在区间(0,x)中,

∴0<a<x ,

∴-ⅹ<-a<0,

∴-ⅹ+2x<-a+2x<0+2ⅹ,

∴x<-a+2x<2x,

∵b在区间(x,2x)中,

∴x<b<2x ,

又∵x<-a+2x<2x,

∴b=-α+2x.

当x一定时,α的个数一定,(-α+2x)的个数也一定,即 (2x-a)的个数也一定,b的个数也一定,而且,b是关于a的一次函数,

∵-1<0,

∴b是关于a的减函数。

即(2x-a)是关于a的一次函数,而且是减函数。

∴当x一定时,区间(0,x)中自然数a与区间(x,2x)中的自然数(2x-a)一一对应,而且二者具有负相关的关系,(2x-a)随着a的增大(或减小)而减小(或增大)。(x>9,x∈N)(引理1)

∵x>9,x∈N,

∴一定存在比x小的奇质数.

设p是小于x的奇质数,

∵x>9,x∈N,

∴2x>18,2x是偶数,

∵p是小于x的奇质数,

∴p是奇数。

又∵2x是偶数,

∴(2x-p)一定是奇数。

∵x>9,x∈N,

∴一定存在小于x的奇合数.

设m是小于x的奇合数.

∵m是奇合数,

∴m一定是奇数,

∵2x>18,2x是偶数,

又∵m一定是奇数,

∴(2x-m)一定是奇数。

∵m是小于x的奇合数,

 奇合数≥9,

∴9≤m<ⅹ,

也就是,8<m<x(x>9,x∈N)。

又∵当x一定时,区间(0,x)中自然数a与区间(x,2x)中的自然数(2x-a)一一对应,而且二者具有负相关的关系(x>9,x∈N),

∴x<(2x-m)<2ⅹ-8(x>9,x∈N,m是小于ⅹ的奇合数),

∴(2x-m)取值区间是(x,2ⅹ-8)(x>9,x∈N,m是小于ⅹ的奇合数)。

∵除1外的奇数分为奇质数、奇合数两类,

∴大于2的奇数分为奇质数、奇合数两类,

∴区间(2,+∞)的奇数分为奇质数、奇合数两类,

∵区间(2,x)(x>9,x∈N)是区间(2,+∞)的一部分,

∴区间(2,x)(x>9,x∈N)中的奇数也分为奇质数、奇合数两类,

区间(2,x)(x>9,x∈N) (x>9,x∈N)中的奇数分为大于2、小于x的奇质数和大于2、小于x的奇合数两类,

∵p是小于x的奇质数,

 奇质数大于2,

∴p是大于2、小于x的奇质数,

∵m是小于x的奇合数,

 奇合数>2,

∴m是大于2、小于x的奇合数,

∵p是大于2、小于x的奇质数,

 m是大于2、小于x的奇合数,

  区间(2,x)(x>9,x∈N)中的奇数分为大于2、小于x的奇质数和大于2、小于x的奇合数两类,

∴区间(2,x)中的奇数只有p、m(x>9,x∈N). (引理2)

又∵当x一定时,区间(0,x)中自然数a与区间(x,2x)中的自然数(2x-a)一一对应,而且二者具有负相关的关系(x>9,x∈N),

  区间(2,ⅹ)是区间(0,ⅹ)的一部分(x>9,x∈N),

∴ 区间(2,x)中的奇数p、m分别与区间(x,2x-2)中的奇数(2x-p)、(2ⅹ-m)一一对应(x>9,x∈N)

又∵区间(2,x)中的奇数只有p、m(x>9,x∈N),

∴区间(x,2x-2)中的奇数只有(2x-p)、(2ⅹ-m)(x>9,x∈N)。(引理3)

∵ⅹ>9>3,x∈N,

  在区间(x,2x-2)中一定存在奇质数(x>3,x∈N)。

∴在区间(x,2x-2)中一定存在奇质数(x>9,x∈N)。(伯特兰-切毕雪夫数学定理) (引理4)

又∵奇质数由奇数产生,

∴区间(x,2x-2)中的奇质数一定由区间(x,2x-2)中的奇数产生(x>9,x∈N)。

又∵区间(x,2x-2)中的奇数只有(2x-p)、(2ⅹ-m)(x>9,x∈N),

∴区间(x,2x-2)中的奇质数只能由奇数(2x-p)、(2ⅹ-m)产生(x>9,x∈N)。

∵在区间(x,2x-2)中一定存在奇质数(x>9,x∈N),

  (2x-m)取值区间是(x,2ⅹ-8)(x>9,x∈N,m是小于ⅹ的奇合数),

∴(2x-m) 在区间(x,2x-2)中不一定存在奇质数(x>9,x∈N),

∴在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中,奇质数(2x-ma)或有或无. [x>9,x∈N,m是小于ⅹ的奇合数,ma是使(2ⅹ-p)为奇质数的m,ma∈M]。(引理5)

∵  在区间(x,2x-2)中一定存在奇质数(x>9,x∈N),(引理4)

   区间(x,2x-2)中的奇质数只能由奇数(2x-p)、(2ⅹ-m)产生(x>9,x∈N),

   奇数(2x-m)在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中,不一定存在奇质数(x>9,x∈N,m是小于ⅹ的奇合数),

∴  奇数(2x-p)在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中,一定存在奇质数(x>9,x∈N),

∴在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中一定存在奇质数(2ⅹ-pa)。[x>9,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,pa∈P]

容易验证,在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中一定存在奇质数(2ⅹ-pa)。[3<x<10,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,pa∈P]

∴在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中一定存在奇质数(2ⅹ-pa)。[x>3,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,pa∈P] [奇质数(2ⅹ-pa)定理]

由此可知,“在区间(ⅹ,2ⅹ-2)一定存在奇质数(x>3,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数)”,是由于“在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中一定存在奇质数(2ⅹ-pa), [x>3,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,pa∈P)]”。因此,伯特兰-切毕雪夫数学定理成立的根本,就是“在区间(ⅹ,2ⅹ-2)中一定存在奇质数(2ⅹ-pa)。 [x>3,x∈N,p是小于ⅹ的奇质数, pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,pa∈P]”。简言之,

伯特兰-切毕雪夫数学定理的本质,是奇质数(2ⅹ-pa)定理。

∵ p是小于ⅹ的奇质数,

  pa是使(2ⅹ-p)为奇质数的p,

∴ pa是奇质数,

∵2x= pa +(2ⅹ-pa),

  pa是奇质数,

 (2ⅹ-pa)是奇质数,

∴2x可以表示成两个奇质数之和的形式。(x>3,x∈N)

∵x>3,x∈N,

∴2x>6,2x是偶数,

又∵2x可以表示成两个奇质数之和的形式,(x>3,x∈N)

∴大于6的偶数可以表示成两个奇质数之和的形式。

又∵6=3+3,3是奇质数,

4=2+2,2是质数,

∴≥4的偶数可以表示成两个质数之和的形式。

∴大于2的偶数可以表示成两个质数之和的形式。

这就是1742年德国数学家哥德巴赫提出的猜想。