素数的破坏律
作者:单口说棋
一、素数的富集
自然数可分为合数和素数(质数),两者均为无穷多,又混杂在一起,为了研究简便,需要想办法尽可能将合数和素数分离。例如,最简单的分离方法就是以2为周期将自然数分段,可表示为两个数列{2n}和{2n 1},(n=0,1,2……),其实{2n}即是偶数列,{2n 1}即为奇数列,显然,素数只分布在{2n 1}奇数列中,而{2n}偶数列中不可能有素数,这样,即可将素数“富集”在{2n 1}数列中,同样,也可以用其它数作为周期来分段研究素数,但目前能让素数富集度最高的就是以6作为周期来分段研究,这样,自然数即可表示为下面6个数列:
{6n}
{6n 1}
{6n 2}
{6n 3}
{6n 4}
{6n 5}
其中(n=0,1,2,3,……)
上面以6为周期分段来研究,可以让素数只分布在{6n 1}和{6n 5}这两个数列中,其它4个数列中没有素数。前人将{6n 5}数列表示为{6n-1},其实对于研究素数没什么区别,严格来说,应该用{6n 5}更合理,但为了与前人保持一致,本文采用{6n-1}。
二、素数破坏律
在{6n 1}和{6n-1}两个数列随着n的增大,两个数列中的自然数也在增多,直至无穷,当然这些自然数中富集了无穷多个素数,自然数是以6n 1和6n-1在不断产生,其中就包含了所有素数,虽然没有通用的素数产生公式,但一个素数p一旦产生,它会有规律地破坏后面产生的自然数,使这些自然数变为合数,这个规律就是素数的破坏律。下面详细说明
(一)素数p产生后,在{6n 1}数列中从p^2开始,每隔p个自然数就搞一次破坏,一直到无穷,让这些自然数都成为合数,说是破坏,就是不让这些自然数为素数(一个素数自己产生后就干断子绝孙的事)。
例如,素数p=5产生后,就会在{6n 1}数列中从5^2(即把25变为合数)开始,然后是55、85、115……,一直破坏下去,这些被破坏变为合数的数,相邻间距是30,也就是6p的间距,因为素数p=5,所以自然数间距为30,其实在{6n 1}中n的间距就是素数p=5。
(二)同样,素数p产生后,也会在{6n-1}数列中从pxq开始(q为素数p的下一个素数),每隔p个自然数就搞一次破坏,一直到无穷;同时,素数q一旦出现,q也开始在{6n-1}中开始搞破坏,它是每隔q个自然数就搞一次破坏,一直到无穷,让这些自然数都成为合数。
比如,素数p=5不仅在{6n 1}数列中搞破坏,还要在{6n-1}数列中搞破坏,从pxq=5x7=35开始,每当n间隔p时搞一次破坏,一直到无穷,让35、65、95、……都变为合数;同时,每当n间隔q=7时也让对应的数35、77、119……变成合数。
(三)无论新产生的素数p在两个数列的哪一个中,p^2都在{6n 1}中,素数p搞破坏的结果就是从p^2开始,使n=p为间隔的所有自然数为合数。
(四)相邻的两个素数p和q,在{6n-1}数列中从pxq开始,分别以n=p和n=q的间距,让后面的所有自然数成为合数。
三、素数的分布
在{6n 1}和{6n-1}两个数列中,随着n从0、1、2、3……逐渐增大而产生自然数的过程中,素数也不断产生,每产生一个素数p,这个素数及其下一个素数q就按照上面的素数破坏律,让它们后面的自然数变为合数,其中,在{6n 1}数列中总是从p^2开始,间距为n=p,从q^2开始,间距为n=q;在{6n-1}数列中从pxq开始,间距分别为n=p和n=q。这样,随着新产生的素数越多,破坏者也就越多,但新产生的素数值越来越大,所以新素数搞破坏的间距越来越大,但由于随着n的不断增大,素数也在不断增多,所以,叠加起来它们让其变成合数的自然数也越多,也可以说它们的破坏力会越来越大,这也是为什么素数越来越稀少的原因。
自然数在两个数列中有规律地产生,同时,产生的素数也在有规律的搞破坏,让相应的自然数变为合数,剔除这些合数,剩下的才是真正的素数。
四、小结
本文叙述从一个素数p产生后,该素数p及其下一个素数q在{6n 1}和{6n-1}两个数列中有规律地让其后自然数成为合数,而且随着素数不断的产生,这种相邻素数的链式破坏一直在进行,直到无穷,在两个数列上,经过这种链式破坏之后剩下来的自然数就是素数。如何构建一个数学模型来反应素数的这种行为,同时计算一些有意义的值,与前人的素数密度等等去做比较,还有,两个数列上素数的这种破坏规律是否与黎曼猜想有关系,这些问题都非常值得去研究。但愿本文能从素数破坏律这个视角来开启素数研究的一扇门。



















