完全数
完全数(Perfect number,又称完美数或完备数)是一些特殊的自然数。它所有的真因子(即除了自身以外的约数)的和(即因子函数),恰好等于它本身。
如果一个数恰好等于它的因子之和,则称该数为“完全数”。第一个完全数是6,第二个完全数是28,第三个完全数是496,后面的完全数还有8128、33550336等等。
完全数的发现
古希腊数学家欧几里得是通过的表达式发现前四个完全数的。
当
当
当
当
一个偶数是完美数,当且仅当它具有如下形式:,其中
是素数,此事实的充分性由欧几里得证明,而必要性则由欧拉所证明。
比如,上面的和
对应着
和
的情况。我们只要找到了一个形如
的素数(即梅森素数),也就知道了一个偶完美数。
尽管没有发现奇完全数,但是当代数学家奥斯丁·欧尔证明,若有奇完全数,则其形式必然是或
的形式,其中
是素数。
首十个完全数是( A000396):
- 1.
6(1位)
28(2位)
496(3位)
8128(4位)
33550336(8位)
8589869056(10位)
137438691328(12位)
2305843008139952128(19位)
2658455991569831744654692615953842176(37位)
191561942608236107294793378084303638130997321548169216(54位)
历史
古代数学家根据当时已知的四个完全数做了很多假设,大部分都是错误的。其中的一个假设是:因为2,3,5,7恰好是头4个素数,第五个完全数应该是第五个素数即当n=11的时候,可是并不是素数。因此n=11不是完全数。另外两个错误假设是:
头四个完全数分别是1,2,3,4位数,第五个应该是5位数。
完全数应该是交替以6或者8结尾。
而事实上,第五个完全数,是8位数。对于第二个假设,第五个完全数确实是以6结尾,但是第六个完全数8 589 869 056仍是以6结尾,应该说完全数只有以6和8结尾才对。
对完全数的研究,至少已经有两千多年的历史。《几何原本》中就提出了寻求某种类型完全数的问题。
每一个梅森素数给出一个偶完全数;反之,每个偶完全数给出一个梅森素数,这结果称为欧几里得-欧拉定理。到2018年1月为止,共发现了50个完全数,且都是偶数。最大的已知完全数为277232916 × (277232917 − 1),共有46,498,850位数。