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在说“黎曼猜想”之前,先简单说一下这个猜想的“主角”素数——。

如果一个大于1的自然数不能被除了1和它本身之外的其他自然数整除,则称为质数(素数)。

课本上会有一张100以内的质数表。为什么是100以内的素数表?因为素数的个数是无限的,为什么素数的个数也是无限的?很多时候,我们会说自然数的个数是无限的。当然,这个结论还不够严谨。

其实早在古希腊时期,在欧几里得的著作《几何原本》中,就通过假设的方法证明了其实存在无穷多个素数。

欧几里德在他的证明中,首先假设素数的个数是有限的,然后素数中最大的素数是p,所以正整数中所有的素数都是从2到p,也就是2,3,5,7,11 …,p,没有其他的素数。

在上述假设的前提下,证明如下:

将2到p的所有质数相乘,即2 3 5 7 11

因为1加到所有质数的乘积上,A就是大于1的正整数,所以A不是质数就是合数。

如果a是一个素数,那么得到一个大于素数p的素数,这与素数p是最大素数的假设相矛盾。

如果A是一个合数,那么它一定能被一个质数整除,让它能被G整除,因为A被2到P的任意一个质数整除,余数都是1,也就是不可整除,而质数G被A整除,所以质数G不在2到P的所有质数中,这说明质数G是比质数P大的质数,与P是最大质数的假设相矛盾。

证明了素数的个数是无穷的,人们逐渐发现了素数的特殊性。比如上表中除了1和质数以外的其他数(合数)都可以通过乘以前面的一些质数得到。比如12=223,其实就是因式分解的质因数。换句话说,一个合数可以用几个素数的乘积来表示。

沿着这个思路,人们开始思考质数定律本身。比如素数的出现是否有一定的规律?

在这个问题的研究中,出现了一些我们听过的著名问题:

比如哥德巴赫猜想:每个大于2的偶数都可以写成两个素数之和吗?对于这个猜想,不得不提我国数学家陈景润证明了“一个足够大的偶数,可以写成一个素数加至多两个品质因子组成的合数。简称为(1 ^ 2)”

在这些相关的定理和猜想中,有一个猜想至今仍让数学家们疯狂不解:——黎曼猜想。

1859年,32岁的德国数学家黎曼成为柏林科学院的通讯院士。同时,黎曼发表了一篇名为《论小于一个给定值的素数的个数》的论文(可以理解为:素数是如何分布的)。在论文中,黎曼阐述了自己对素数的一些研究。一个数里面有多少个质数?有没有可能通过某种计算得到结果?规则是什么?

黎曼在这篇文章中发现素数定律与函数密切相关。

黎曼写下了自己的猜想:方程(s)=0所有有意义的解都在一条直线上,即函数所有非平凡零点的实部都是1/2。同时,黎曼也在论文中表示,虽然他已经尝试过,但无法严格证明这个猜想。

然而,正是这篇论文中的一个猜想让黎曼之后的许多学者为之疯狂。当四色定理和费马大定理已经求解,陈景润证明了“1 ^ 2”的时候,黎曼猜想仍然困扰着数学界。证明的思路也很清晰。由于黎曼猜想是所有解都在这条直线上,所以一种方法是直接证明所有解都符合猜想,另一种方法是证明一个解不符合猜想。那么,到目前为止验证的1500000000个解都是符合黎曼猜想的,但这其实对于黎曼猜想的证明没有任何意义,因为既没有找到所有的证明,也没有找到反例。

“黎曼猜想”的最新证明是由迈克尔阿蒂亚爵士在德国举行的2018年海德堡获奖者论坛上提出的。但是Sir的证明,知识推导出物理学中精细结构常数的副产品,外界对这个证明的态度是——。因为有人认为这样的证明可能和没有证明没什么区别。“黎曼猜”那只懒狮子还是没有睁开眼睛。

说了这么多,为什么几代人都在研究“黎曼猜想”?因为“黎曼猜想”的证明影响着很多领域和学科的发展变化。

据统计,当今数学文献中基于“黎曼猜想”的数学命题有上千个。可以想象,如果“黎曼猜想”是正确的,那么这些结论都成立!如果“黎曼猜想”是错误的,这些命题就会变成无用的文字。一个猜想影响了如此多的结论。

素数作为密码学中的一个重要研究对象,经常被用于密钥的设计中。就是两个大质数相乘的结果很容易计算,但是如果要把这个乘积分解成质因数,就需要大量的计算时间。如果“黎曼猜想”被证实,这个乘积的分解方法是否会改变,密钥的安全性是否会受到很大威胁?

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