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1978年,数学家发现了一种十分“脆弱”的素数,任意改变其一位数就会变成合数,它们被称为“易损素数”。
近期,数学家找到了更多的“易损素数”,而这一概念也被再一次扩展……
让我们来看看以下几个数字,试试看能否发现它们的特别之处:、、。
你可能会注意到它们都是素数(只能被自己和1整除),但其实这几个数的不寻常之处远不止如此。如果我们选取这几个数字中的任意一位进行更改,新得到的数字就成为了一个合数,比如将中的1改成7,那么得到的数字就可以被7整除,改成9,则可以被3整除。
这些数字被称为“易损素数”,它们是相对较新的数学发现。1978年,
数学家默里·克拉姆金(murray klamkin)提出了这一类素数的猜想,之后迅速得到了有史以来发表论文数量最多的数学家保罗·埃尔德什(paul erd?s)的回答,他不仅证明了易损素数确实存在,而且证明了它们的数量是无限的。后来,其他数学家进一步扩展了埃尔德什的结果,其中就包括菲尔兹奖章得主陶哲轩,他在2011年的一篇论文中证明了易损素数之间是呈“正比例”的。这意味着,随着素数本身变大,连续两个易损素数之间的平均距离保持稳定。也就是说,易损素数并不会变得越来越稀少。
在近期发表的两篇论文中,南卡罗来纳大学的迈克尔·菲拉塞塔(michael filaseta)更进一步地阐述了这一观点,并提出了一类结构更为精妙的易损素数。
他受到埃尔德斯和陶哲轩工作的启发,设想将一个无限长的前导零串作为素数的一部分,就像数字53和…0000053的值是一样的,那么如果改变一个易损素数前无限的零中的任意一个,素数会变合数吗?菲拉塞塔假定这些数字是存在的,并将其称为“广义的易损素数”。
2020年11月,他与研究生耶利米·索斯威克(jeremiah southwick)共同发表了一篇论文来探究这些数字的性质。这项结果得到了乔治亚大学数学系教授保罗·波拉克(paul pollack)的盛赞。
显而易见,这样的数字比原来的易损素数更加难找。波拉克说:“是一个易损素数,但并不是一个广义上的易损素数,因为如果我们把…000变为…0,得到的并不是合数,而是另一个素数。
事实上,菲拉塞塔和索斯威克找遍了1 000 000 000以内的所有整数,也没有在十进制下找任何一个广义的易损素数。然而,这并没有阻止他们继续寻找的脚步。
经过不懈的探索,他们证明了这样的数字在十进制的情况下确实是可能存在的,而且还会有无穷多个。更进一步,他们还证明了广义的易损素数同样是呈正比例的,就像陶哲轩的结论那样。之后,在索斯威克的博士论文中,他在2、9、11和31进制上获得了相同的结果。波拉克对这些发现印象深刻,他说:“对于这些数字,你可以做无限多可能的改变,然而不管你做哪一个改变,你得到的始终是一个合数。”
证明过程主要依靠两种工具,第一种被称为覆盖同余(covering systems),是由埃尔德什在1950年发明的,目的是解决一个数论中的问题。索斯威克说:“
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