1640年,法国数学天才费马,提出了一个奇诡的公式,夸口可推导出质数。然而,早在古希腊,欧几里得就已证明质数是无穷的。直到1个世纪后,瑞士一个数学天才横空出世,直接打脸费马,令其无地自容!
当几何之父欧几里得说“质数是无穷的”时候,质数的规矩就算是被立下来了,谁都无法反驳。
而且,欧几里得还给出了巧妙的证明——
他先假设,所有已知质数的数量是有限的,并用字母N来表示已知的大质数。
接着,他计算出所有已经质数的乘积并加上1,就出现以下的算式:
(1*2*3*5*7*11*13*……*N)+1
OK,这个算式所代表的数字,肯定比我们现在所知的大质数N要大得多。
但是,问题出来了:
这个数,显然不可能被我们已知的任何质数(大到N)整除,因为从它的结构来看,用其他任何质数来除这个数,都会留下余数1。
那就,这就只有两种可能性——
要么这个数字本身是质数,要么它就必须能被比N还大的质数整除。
也就是说,不管是哪种情况,都与我们一开始的假设“N为已知的大质数”相矛盾。
搞定,收工,论证完毕——质数的数量是无限的,根本不存在一个大质数!
这种检验法,叫作归谬法,也叫反证法,是现代数学家们喜欢用的方法之一。
但……这时,数学界就开始思考一个问题了:
“既然质数是无穷的,那么,有没有一种方法可以将所有质数一个不落的写下来呢?”
早提出能做到这一点的方法的人,是古希腊的哲学家埃拉托斯特尼,他给出了一个筛选法,大概是这样的——
你可以写下完整的整数序列,1,2,3,4等,然后删掉其中所有的2的倍数,再删掉3的倍数、5的倍数等等……
靠着这个筛选法,数学界已经得到了10亿以内的所有质数。
但是,问题来了:这个方法太笨了,简直就是列举,耗时耗力,一点数学美感都没有。
这时,就有人想着,能不能提炼出一个推导演算出所有质数的公式呢?
可惜的是,经过1800多年的努力,数学家们还是没有找到这样一个“一劳永逸”的公式。
直到1640年,法国数学天才费马,出手了!
费马虽然是个数学天才,但本职工作却是律师,数学只是业余爱好而已——居然还有人拿数学当爱好,学霸的世界果然是难以理解的!
不过,天才就是天才,哪怕只是个业余的,费马的成就也远远高于同时代的职业数学家。
他对数论有兴趣,还对现代微积分的建立做出了很大的贡献,被誉为“业余数学家”。
1640年的这一天,费马终于开始对质数下手了,声称自己找到了只能算出质数的公式,公式的形式有点奇诡——
2^(2^n)+1
如图2所示!
当n=1时,结果是5,质数;
当n=2时,结果是17,质数;
当n=3时,结果是257,质数……
再往后就太大了,费马懒得再算,但他觉得这样就可以只得到质数,因此类似2^(2^n)+1
这种形式的数,就被称为费马数。
当时的费马,如日中天,人们也就接受了这个说法。
然而,瑞士的一个数学天才,向来不信仰,尊重的只有数学事实。
这个天才,就是伟大的数学家欧拉!
较之费马的业余,欧拉可是个正儿八经的数学家,而且还是站着数学神坛上的风云人物。
于是,1732年,也就是在费马提出费马数后的100年左右,欧拉直接打脸费马,指出当n=5时,费马数2^(2^5)+1=4294967297不是一个质数,而是6700417和641和乘积!
就这样,费马数出现了反例,自然就不成立了。
后来,欧拉更进一步,在 1747 年还给出了证明,彻底推翻了费马的这个猜想。
其实,费马这个“业余数学家”,有时候真的挺业余的。
就好比他曾经提出了一个费马大定理,甚至还说自己证明了这个定理,只是从没留下证明过程。
以至于上千年来,大家都无法证明,纷纷猜测这哥们是不是专门搞人心态,或许这个费马大定理根本就是错误的。
好在1994年,英国天才怀尔斯证明了费马大定理,才给费马扳回一城。
关于质数、费马、欧拉等数学家的精彩传奇,是《从一到无穷大》里面的科普,被誉为“影响了一代人的一本书”。
作者乔治·伽莫夫是个真正的大神,物理学家、天文学家,“大爆炸”理论推动者,简直是一个全才。
也难怪他能在书里把数论、无穷数、原子、恒星、星云、熵和基因都给讲明白了,从原子到宇宙,从微观到宏观,逻辑理性,却又精彩绝伦。
作为科普作家,乔治写得通俗易懂,一生共撰写25部科普作品,其中以《从一到无穷大》为与经典,风靡世界的现象级科普神作,就连清华校长都强推的一本书!
这本书好读,只要具备高中数学知识都能读懂。不管是自己阅读,还是拿来送亲戚朋友,都是合适的!
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