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三胞胎素数
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==定义== 正如孪生素数是指差等于2的两个素数,三胞胎素数是指三个连续素数,使得其中最大的一个减去最小一个的差不超过6。事实上,除了最小的两组三胞胎素数:(2, 3, 5) 和 (3, 5, 7),其它的三胞胎素数都是相差达到6的三元数组。除了以上两个特例以外,三胞胎素数分为两类: A类三胞胎素数,构成为<math>p,p+2,p+6</math>,相差2的两个孪生素数在前面,例如:(5,7,11);(11,13,17); (17,19,23);等等。 B类三胞胎素数,构成为<math>p,p+4,p+6</math>,相差2的两个孪生素数在后面,例如:(7,11,13);(13,17,19);(37,41,43);等等。 当素数p 大于3时,可以证明形同<math>p,p+2,p+4</math>的数组不可能是三胞胎素数[1]。事实上,这三个数对3的模两两不同,所以必然有一个能被3整除。然而这三个数都比3要大,因此一定有一个是3的倍数,从而这个数不是素数。 {{noteTA|T=zh:三胞胎素数;zh-cn:三胞胎素数;zh-tw:三胞胎質數;zh-hk:三胞胎質數;|1=zh:素数;zh-cn:素数;zh-tw:質數;zh-hk:質數;}} 在[[数论]]中,'''三胞胎素数'''(也称为'''三生素数''')是一类由三个连续[[素数]]组成的数组。三胞胎素数的定义类似于[[孪生素数]],它的名字也正是由此而来。 三胞胎素数猜想 有关孪生素数的一个著名猜想是:是否有无穷多个孪生素数?同样的,有关于三胞胎素数的类似猜想:是否有无穷个三胞胎素数?由于三胞胎素数中一定有两个是孪生素数,解决了三胞胎素数猜想也就意味着解决了孪生素数猜想。 埃氏筛法并没有坐吃山空,反而源源不断释放出新的能量,以后我们还要讨论这些内容居然可以与图论--曲面染色建立一一对应的关系。就是用数论研究图论,或者用图论研究数论。与一笔画建立对应关系。 {{noteTA|T=zh:三胞胎素数;zh-cn:三胞胎素数;zh-tw:三胞胎質數;zh-hk:三胞胎質數;|1=zh:素数;zh-cn:素数;zh-tw:質數;zh-hk:質數;}} 在[[数论]]中,'''三胞胎素数'''(也称为'''三生素数''')是一类由三个连续[[素数]]组成的数组。三胞胎素数的定义类似于[[孪生素数]],它的名字也正是由此而来。 == 定义 == 正如孪生素数是指差等于2的两个素数,三胞胎素数是指三个连续素数,使得其中最大的一个减去最小一个的差不超过6。事实上,除了最小的两组三胞胎素数:(2, 3, 5) 和 (3, 5, 7),其它的三胞胎素数都是相差达到6的三元数组。除了以上两个特例以外,三胞胎素数分为两类: == 公式 == === A类三胞胎素数 === 为了具体地求一定范围内的A类三胞胎素数,可以利用一下的定理:“若自然数<math>A-2, A, A+4</math>都不能被不大于<math>\sqrt{A+4}</math>的任何素数整除,则<math>A-2, A</math>与<math>A+4</math>都是素数”。 这个定理的证明用到一个简单的事实:如果一个自然数<math>A</math>不能被不大于<math>\sqrt{A}</math>的任何素数整除,则<math>A</math>是素数。 考虑按照从小到大的顺序:2,3,5,……排列的前''k'' 个素数<math>p_{1},p_{2},\dots,p_{k}</math>。解方程: :<math>A=p_{1}m_{1}+g_{1}=p_{2}m_{2}+g_{2}=\dots=p_{k}m_{k}+g_{k} \qquad \qquad \cdots \quad (1)</math> 其中<math>g_{i} \neq 0</math>,<math>g_{i} \neq 2</math>,<math>g_{i} \neq p_{i}-4</math>(保证<math>A-2, A, A+4</math>都不能被任一个素数整除),<math>1 \le g_{i} \le p_{i} - 1</math>。 如果解出<math>A<p^{2}_{k+1}-4</math>,则<math>A-2,A</math>与<math>A+4</math>是一组三胞胎素数。 我们可以把(1)式内容等价转换成为[[同余]]方程组表示: :<math>A \equiv g_1 \pmod{p_1}, \ A \equiv g_2 \pmod{p_2}, \ \cdots,\ A \equiv g_k \pmod{p_k} \qquad \qquad \cdots \quad (2)</math> 由于(2)式的模<math>p_{1}</math>、<math>p_{2}</math>、……、<math>p_{k}</math> 是素数,两两互素,根据[[孙子定理]](中国剩余定理)知,对于给定的<math>g_{1}, g_{2}, \cdots , g_{k}</math>,(2)式在<math>p_{1} p_{2} \cdots p_{k}</math>范围内有唯一解。 === A类三胞胎素数的例子 === 例如k=2时,<math>A=2m_{1}+1=3m_{2}+1</math>,解得<math>A=7, 13, 19</math>。这三个素数都满足<math>A<p^{2}_{k+1}-4</math>的条件:<math>7, 13, 19<5^2-4</math>,因此,这三个素数所对应的素数组: :7-2,7与7+4; :13-2,13与13+4; :19-2,19与19+4 都是三胞胎素数组。 这样,就求得了区间<math>(5, 5^2)</math>中的全部A类三胞胎素数。 又如当k=3时,设有方程组<math>A=2m_{1}+1=3m_{2}+1=5m_{3}+3</math>,解得<math>A=13</math> 与<math>A=43</math>。其中出现一个新的素数43,而<math>43<7^2-4</math>。因此,43-2,43与43+4也是一组三胞胎素数。 又比如求解方程组<math>A=2m_{1}+1=3m_{2}+1=5m_{3}+4</math>,解得<math>A=19</math>,也是上面已经求出过的一组三胞胎素数。 由于余数不能是0、2或对应的素数减去4,可能的余数组合只有以上的两种,所以上面的计算已经求得了区间<math>(7,7^2)</math>的全部A类三胞胎素数。 {| class="wikitable" |- ! k=4时 !! <math>7m_{4}+1</math> !! <math>7m_{4}+4</math> !! <math>7m_{4}+5</math> !! <math>7m_{4}+6</math> |- | <math>A=2m_{1}+1=3m_{2}+1=5m_{3}+3</math> || 43 || 193 || 103 || 13 |- |<math>A=2m_{1}+1=3m_{2}+1=5m_{3}+4</math> || 169 || 109 || 19 || 139 |} 已经得到区间<math>(11,11^2)</math>的全部A类三胞胎素数 === B类三胞胎素数 === 对于B类的三胞胎素数,也可以用类似的结论:“若自然数<math>B-4, B, B+2</math>都不能被不大于<math>\sqrt{B+2}</math>任何素数整除,则<math>B-4, B</math>与<math>B+2</math>都是素数”。这个结论的证明与上面的相同。 于是同样地,考虑按照从小到大的顺序:2,3,5,……排列的前''k'' 个素数<math>p_{1},p_{2},\dots,p_{k}</math>。解方程: :<math>B=p_{1}m_{1}+j_{1}=p_{2}m_{2}+j_{2}=\dots=p_{k}m_{k}+j_{k}\qquad \qquad \cdots \quad (3) </math> 其中<math>j_{i} \neq 0 </math>、<math>j_{i} \neq 4</math>、<math>j_{i} \neq p_{i} - 2 </math>。 而如果<math>B<p^{2}_{k+1}-2</math>,则<math>B-4, B</math>与<math>B+2</math>是一组三胞胎素数。 我们可以把(3)式内容等价转换成为同余方程组表示: :<math>B \equiv j_1 \pmod{p_1}, B \equiv j_2 \pmod{p_2}, \dots, B \equiv j_k \pmod{p_k} \qquad \qquad \cdots \quad (4)</math> 同样地,由于(4)式中的模<math>p_{1}</math>、<math>p_{2}</math>、……、<math>p_{k}</math> 是素数,两两互素,根据[[孙子定理]](中国剩余定理)知,对于给定的<math>j_{1}, j_{2}, \cdots , j_{k}</math>,(4)式在<math>p_{1} p_{2} \cdots p_{k}</math>范围内有唯一解。 === B类三胞胎素数的例子 === 例如k=2时,<math>B=2m_{1}+1=3m_{2}+2</math>,解得B=11,17。这两个素数都满足<math>B<p^{2}_{k+1}-2</math>的条件:<math>11, 17<5^2-2</math>,因此我们得到两组B类三胞胎素数: :11-4,11与11+2; :17-4,17与17+2; 这样,就求得了区间<math>(5, 5^2)</math>中的全部B类三胞胎素数。 又比如当k=3时,解方程组<math>B=2m_{1}+1=3m_{2}+1=5m_{3}+2</math>,解得B=11,41。这两个素数都满足<math>B<p^{2}_{k+1}-2</math>的条件:<math>11, 41<7^2-2</math>,因此我们得到一组新的B类三胞胎素数: :41-4,41与41+2。 而解方程组<math>B=2m_{1}+1=3m_{2}+2=5m_{3}+2</math>,得B=17,也是上面已经求出过的一组三胞胎素数。 由于余数不能是0、4或对应的素数减去2,可能的余数组合只有以上的两种,所以上面的计算 已经求得了区间<math>(7, 7^2)</math>的全部B类三胞胎素数。 {| class="wikitable" |- ! k=4时 !! <math>7m_{4}+1</math> !! <math>7m_{4}+2</math> !! <math>7m_{4}+3</math> !! <math>7m_{4}+6</math> |- | <math>B=2m_{1}+1=3m_{2}+2=5m_{3}+1</math> || 71 || 191 || 101 || 41 |- | <math>B=2m_{1}+1=3m_{2}+2=5m_{3}+2</math> || 197 || 107 || 17 || 167 |}已经求得了区间<math>(11, 11^2)</math>的全部B类三胞胎素数。 仿此下去可以求得给定区域内的全部A类和B类全部三胞胎素数,并且一个不漏地求得。 == 三胞胎素数猜想 == 有关孪生素数的一个著名猜想是:是否有无穷多个孪生素数?这个问题迄今尚未解决。同样的,有关于三胞胎素数的类似猜想:是否有无穷个三胞胎素数?由于三胞胎素数中一定有两个是孪生素数,解决了三胞胎素数猜想也就意味着解决了孪生素数猜想。
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