用反证法证明偶数哥德巴赫猜想
摘要 偶数N,素数pi、pr、P。2≤pi≤pr<√N ,pr+1<P<N-pr-1。N=pi+(N-pi)=P+(N-P),若P是以N为末项、以pi为公差的等差数列中的素数,则(N-P)是可被pi整除的合数。本文用反证法证明,(N-P)中必有素数,故偶数哥德巴赫猜想成立。
关键词 偶数哥德巴赫猜想 反证法
N——偶数。(本文讨论N≥50。见引理1。)
φ“偶数中的复合数都可以表示为二个素数相加。”——这就是常说的哥德巴赫猜想(A)或偶数哥德巴赫猜想。简称“1+1”。
N=pi+(N-pi)=P+(N-P)。许多N的(N-pi)都是合数,由此可见,不能用(N-pi)来证明“1+1”。若P是以N为末项、以pi为公差的等差数列中的素数,则(N-P)是可被pi整除的合数。本文用反证法证明(N-P)中不可能都是合数,(N-P)中必有素数,N=P+(N-P)=“1+1”成立。
1 符号、引理、定理、推论。
N用pi表示时:N=N(1)+e1p1=N(2)+e2p2=…=N(i)+eipi=…=N(r)+erpr。这些余数简称N(i)。pi∣N时,N(i)=0。例如,118(i)=0、1、3、6。120 (i)=0、0、0、1。122 (i)=0、2、2、3、1。
P用pi表示时:P=P(i )+pin。常数项P(i )=1,2,3,…,(pi-1)。(见引理3。)例如,p1=2时,P(1)=1。p2=3时,P(2 )=1、2。p3=5时,P(3)=1、2、3、4。p4=7时,P(4)=1、2、3、4、5、6。
引理1 若r≥4。则p1p2…pr>N。(即N≥50时,必有N(i)≠0。)
引理2(等差数列中的素数定理) N→∞时,末项不大于N的等差数列P(i )+pin中的素数数量π(pi,P( i ),N)~N/φ(pi)lnN~π(N)/(pi-1)。
引理3 素数P皆散布在以pi为公差的等差数列P(i )+pin之中。常数项P(i )=1、2、…、(pi -1)是其充分和必要的条件。
证明 素数皆散布在正整数之中,正整数无遗漏地散布在0+pin、1+pin、2+pin、3+pin、…、(pi -1)+pin这些以pi为公差的等差数列之中。当然,素数P也充分地散布在这些等差数列之中。
P(i )中元素一个也不能少,若缺少其中的某一个元素,所缺少的素数数量都会是π(pi,P(i ),N)。故P(i )=1、2、…、(pi-1)是P存在的充分的条件,也是必要的条件。证毕。
定理1 若P是以N为末项、以pi为公差的等差数列中的素数P=N(i)+pin,则(N-P)是合数。
证明 N=N(i)+ei pi。P= N(i)+pin。则(N-P)=( ei -n)pi。又因为(N-pr-1)>P,移项后,(N-P)>pr+1>pi,可知(ei -n)>1,(N-P)是含有素因数pi的合数。证毕。
定理2 (N, p1p2…pr)=2时,(N-P)中不可能都是合数,(N-P)中必定存在素数。
证明 假设(N-所有P)都是合数,即(N-所有P)=( N(i)+eipi-所有P)= pin,移项后,就是:所有P= N(i)+eipi -pin= N(i)+(ei -n)pi,前面指出,P(i )与N(i)之间是不一样的,所以,原来的假设(N-所有P)都是合数不能成立。(N-P)中必定存在素数。证毕。
推论1 在其它条件不变的情况下,若(N, p1p2…pr)>2时,则“1+1”的答案数量增多。
证明 (N, p1p2…pr)=2时,只有N(1)=0,要剔除其它的N(i)≠0所产生的P。(N, p1p2…pr)>2时,出现2<pi∣N,此时N(i)=0,不必剔除由这个pi产生的P。比较之下,数量增多。证毕。
2 结论。
N<50时,偶数中的复合数4~48,可以用实验证明“1+1”成立。
N≥50时,定理2和推论1证明了(N-P)中必定存在素数,N=P+(N-P)=“1+1”成立。
2012-02-06