质数

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质数(prime number)

　　质数又称素数，有无限个。一个大于1的自然数，除了1和它本身外，不能被其他自然数(质数)整除，换句话说就是该数除了1和它本身以外不再有其他的因数；否则称为合数。

　　根据算术基本定理，每一个比1大的整数，要么本身是一个质数，要么可以写成一系列质数的乘积；而且如果不考虑这些质数在乘积中的顺序，那么写出来的形式是唯一的。最小的质数是2。

　　目前为止，人们未找到一个公式可求出所有质数。

　　质数的个数是无穷的。欧几里得的《几何原本》中有一个经典的证明。它使用了证明常用的方法：反证法。具体证明如下：假设质数只有有限的n个，从小到大依次排列为p1，p2，……，pn，设N=p1×p2×……×pn，那么，N+1是素数或者不是素数。

　　如果N+1为素数，则N+1要大于p1，p2，……，pn，所以它不在那些假设的素数集合中。

　　如果N+1为合数，因为任何一个合数都可以分解为几个素数的积；而N和N+1的最大公约数是1，所以N+1不可能被p1，p2，……，pn整除，所以该合数分解得到的素因数肯定不在假设的素数集合中。

　　因此无论该数是素数还是合数，都意味着在假设的有限个素数之外还存在着其他素数。所以原先的假设不成立。也就是说，素数有无穷多个。

　　其他数学家给出了一些不同的证明。欧拉利用黎曼函数证明了全部素数的倒数之和是发散的，恩斯特·库默的证明更为简洁，HillelFurstenberg则用拓扑学加以证明。

　　质数具有许多独特的性质：

　　(1)质数p的约数只有两个：1和p。

　　(2)初等数学基本定理：任一大于1的自然数，要么本身是质数，要么可以分解为几个质数之积，且这种分解是唯一的。

　　(3)质数的个数是无限的。

　　(4)质数的个数公式π(n) 是不减函数。

　　(5)若n为正整数,在n²到(n + 1)²之间至少有一个质数。

　　(6)若n为大于或等于2的正整数，在n到n!之间至少有一个质数。

　　(7)若质数p为不超过n( )的最大质数，则 。

　　1.在一个大于1的数a和它的2倍之间(即区间(a, 2a]中)必存在至少一个素数。

　　2.存在任意长度的素数等差数列。(格林和陶哲轩，2004年[1] )

　　3.一个偶数可以写成两个质数之和，其中每一个数字都最多只有9个质因数。(挪威数学家布朗，1920年)

　　4.一个偶数必定可以写成一个质数加上一个合成数，其中的因子个数有上界。(瑞尼，1948年)

　　5.一个偶数必定可以写成一个质数加上一个最多由5个因子所组成的合成数。后来，有人简称这结果为 (1 + 5) (中国潘承洞，1968年)

　　6.一个充分大偶数必定可以写成一个素数加上一个最多由2个质因子所组成的合成数。简称为 (1 + 2) (中国陈景润)

　　质数被利用在密码学上，所谓的公钥就是将想要传递的信息在编码时加入质数，编码之后传送给收信人，任何人收到此信息后，若没有此收信人所拥有的密钥，则解密的过程中(实为寻找素数的过程)，将会因为找质数的过程(分解质因数)过久，使即使取得信息也会无意义。

　　在汽车变速箱齿轮的设计上，相邻的两个大小齿轮齿数最好设计成质数，以增加两齿轮内两个相同的齿相遇啮合次数的最小公倍数，可增强耐用度减少故障。

　　在害虫的生物生长周期与杀虫剂使用之间的关系上，杀虫剂的质数次数的使用也得到了证明。实验表明，质数次数地使用杀虫剂是最合理的：都是使用在害虫繁殖的高潮期，而且害虫很难产生抗药性。

　　以质数形式无规律变化的导弹和鱼雷可以使敌人不易拦截。

　　多数生物的生命周期也是质数(单位为年)，这样可以最大程度地减少碰见天敌的机会。