初等数论
3初等数论是研究数的规律,特别是整数性质的数学分支。它是数论的一个最古老的分支。它以算术方法为主要研究方法,主要内容有整数的整除理论、同余理论、连分数理论和某些特殊不定方程。
初等数论就是用初等、朴素的方法去研究数论。另外还有解析数论(用解析的方法研究数论)、代数数论(用代数结构的方法研究数论)。
基本信息
- 中文名
初等数论
- 外文名
Elementary number theory
- 内容
研究数的规律
- 学科
数学
- 开创者
毕达哥拉斯
- 代表人物
费马、高斯、欧拉
历史发展
古希腊
古希腊毕达哥拉斯是初等数论的先驱。他与他的学派致力于一些特殊整数(如亲和数、完全数、多边形数)及特殊不定方程的研究。公元前4世纪,欧几里德的《几何原本》通过102个命题,初步建立了整数的整除理论。他关于“素数有无穷多个”的证明,被认为是数学证明的典范。
初等数论已经有2000年的历史,公元前300年,欧几里得发现了素数是数论的基石,他自己证明了有无穷多个素数。公元前250年古希腊数学家埃拉托塞尼发明了一种筛法。2000年来,数论学的一个最重要的任务,就是寻找一个可以表示所有素数的统一公式,或者称为素数普遍公式,为此,人类耗费了巨大的心血。后来发现埃拉托塞尼筛法可以转换成为一个素数产生的公式:
公元前250年同样是古希腊的数学家埃拉托塞尼提出一种筛法:
(一)“要得到不大于某个自然数n(不等于0)的所有素数,只要在2至n中将不大于
的素数的倍数全部划去即可”。
(二)将上面的内容等价转换:“如果n是合数(非0自然数),则它有一个因子d满足![]()
”。1
(三)再从(二)得到等价的逆否命题:“若自然数n不能被不大于
的任何素数整除,则n是一个素数”。2
(四)上述的(三)可以用符号如此表达:
N=p1m1+a1=p2m2+a2=......=pkmk+ak (1)
其中
p1,p2,.....,pk顺序地表示素数2,3,5,...。a≠0。即N不能是2m+0,3m+0,5m+0,...,pkm+0形。若
,则N是一个素数。
(五)可以把上述的式(1)用同余式组表示:
N≡a1(modp1), N≡a2(modp2),.....,N≡ak(modpk)(2)
例如,29不能够被
以下的任何素数2,3,5整除,29=2x14+1=3x9+2=5x5+4。
29≡1(mod2),29≡2(mod3), 29≡4(mod5)。29小于72=49 ,所以29是一个素数。
由于(2)的模
p1,p2,....,pk两两互素,根据孙子定理(中国剩余定理)知,(2)式在p1,p2,.....,pk范围内有唯一解。
例如k=1时
,N=2m+1,解得N=3,5,7。求得了(3,32)区间的全部素数。