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,
即
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。