GLOBAL KNOWLEDGE ARK

Matematika · Straipsnis

Pirminiai skaičiai ir skaidymo pirminiais daugikliais vienatis

Išskaidykite aštuoniasdešimt keturis į sveikuosius daugiklius dviem būdais. Atraskite, kurių daugiklių nebegalima skaidyti, įrodykite, kodėl kiekvienas teigiamasis sveikasis skaičius turi vienintelį pirminių daugiklių rinkinį, ir remdamiesi šiuo rinkiniu pagrįskite dalijimą bandant, baigtinį sietą ir pirminių skaičių begalybę.

Grįžti į matematiką

Perskaitę galėsite

  • Atskirti teigiamą pirminį skaičių nuo sudėtinio skaičiaus, vieneto 1 ir šiai klasifikacijai nepriklausančių skaičių.
  • Įrodyti skaidymo pirminiais daugikliais egzistavimą ir vienatį, reikiamus faktus apie sveikuosius skaičius pateikiant ten, kur jie naudojami.
  • Pasikartojančius pirminius daugiklius užrašyti naudojant laipsnio rodiklius, neatsižvelgiant į daugiklių tvarką ar pasirinktą daugiklių medį.
  • Pagrįsti dalijimo bandant ribą ties kvadratine šaknimi, įskaitant pačią ribą, sieto žymėjimo pradžią nuo kvadrato ir naują pirminį daliklį, dalijantį baigtinio sąrašo skaičių sandaugą, padidintą 1.
01

Skirtingi skaidymai gali baigtis tais pačiais keturiais pirminiais daugikliais

Aštuoniasdešimt keturis skaičiavimo žetonus galima suskirstyti į 6 grupes po 14 arba į 4 grupes po 21. Toliau skaidykite šiuos teigiamuosius sveikuosius daugiklius: 6 = 2 × 3, 14 = 2 × 7, 4 = 2 × 2 ir 21 = 3 × 7. Abiem būdais galiausiai gaunami du daugikliai 2, vienas 3 ir vienas 7.

Daugiklių medis vaizduoja šias nuoseklias sandaugas. Kiekvieno vidinio mazgo reikšmė lygi dviejų jo vaikinių mazgų reikšmių sandaugai. Mūsų pirmojo medžio lapai yra 2,3,2,7; juos sudauginę gauname 84. Perkėlus daugiklį į kitą šaką, pasikeičia jo vieta, bet ne vertė ar kartotinumas.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusSkaičiaus aštuoniasdešimt keturių išskaidymo į daugiklius medis. Kiekviena linija jungia tėvinį mazgą su vienu iš dviejų jo daugiklių; vidinių mazgų reikšmės yra jų vaikinių mazgų reikšmių sandaugos. Atskleidus rezultatus, neužpildyti lapų apskritimai užpildomi. Lapų tvarka skirtinguose medžiuose keičiasi, tačiau pirminių daugiklių pasikartojimų skaičiai sutampa.846142327Linijos rodo skaidymą į daugiklius; aukštisneatspindi skaitinės vertės84 = 2²·3·7
Visas lapų sąrašas jų rodymo tvarka
Lapo pozicijaPirminis daugiklis
12
23
32
47
Pirminių dauginamųjų kartotinumai visoje sandaugoje
Pirminis skaičiusLaipsnio rodiklis
22
31
71
02

Pasiruoškite kartodami sveikųjų skaičių daugybą, tada apibrėžkite nagrinėjamą aibę

Paskelbtose pamokose „Skaičiavimas, nulis ir natūralieji skaičiai“ bei „Daugyba ir dalyba“ pristatomi teigiamieji sveikieji skaičiai ir tikslios sveikųjų skaičių sandaugos. Pakartokite pamoką „Laipsniai, šaknys ir realiųjų skaičių tiesė“, kad prisimintumėte laipsnio rodiklius ir kvadratines šaknis. Mažesni už nulį sveikieji skaičiai čia nėra būtini; paskelbta pamoka „Neigiamieji skaičiai ir modulis“ parengia galutinei ženklo parinkimo taisyklei.

Rašome a | b, kai b = ak su kuriuo nors sveikuoju skaičiumi k: a dalija b. Teigiamo skaičiaus n teigiamas daliklis yra teigiamasis sveikasis skaičius d, kuriam n = de su kuriuo nors teigiamuoju sveikuoju skaičiumi e. Taigi 1 ir n visada dalija n. Netrivialusis teigiamas daliklis yra griežtai tarp jų.

Pirmą kartą skaitydami išnagrinėkite apibrėžtis, skaidymo dauginamaisiais medžius ir bandomojo dalijimo pavyzdžius, tada grįžkite prie vienaties įrodymo. Indukcijos ir didžiausio bendrojo daliklio pamokose naudingi metodai plėtojami toliau; reikalingus indukcijos, dalijimo ir kombinacijų su sveikaisiais koeficientais faktus pateikiame čia, užuot reikalavę prieš tai išnagrinėti tas planuojamas pamokas.

03

Pirminis skaičius yra didesnis už 1 ir turi lygiai du teigiamus daliklius

Pirminis skaičius p yra teigiamas sveikasis skaičius, didesnis už 1, kurio vieninteliai teigiami dalikliai yra 1 ir p. Sudėtinis skaičius n yra teigiamas sveikasis skaičius, didesnis už 1, kuris nėra pirminis; lygiavertiškai, n = ab, kur a ir b yra teigiami sveikieji skaičiai, abu didesni už 1. Pavyzdžiui, 7 yra pirminis skaičius, o 9 = 3 × 3 ir 84 = 6 × 14 yra sudėtiniai skaičiai.

Skaičius 1 turi tik vieną teigiamą daliklį, todėl jis nėra nei pirminis, nei sudėtinis. Nuliui ir neigiamiems sveikiesiems skaičiams šios teigiamų sveikųjų skaičių apibrėžtys netaikomos. Įtraukus dauginamuosius 1 į pirminių skaičių sąrašą, atsirastų beprasmių papildomų įrašų, pavyzdžiui, 2 = 1 × 2 = 1 × 1 × 2.

Sveikųjų skaičių vienetas yra sveikasis skaičius, kurio daugybos atvirkštinis elementas taip pat yra sveikasis skaičius. Vieninteliai vienetai yra 1 ir −1: dviejų sveikųjų skaičių modulių sandauga lygi 1 tik tada, kai abu moduliai lygūs 1. Skaidydami teigiamą skaičių dauginamaisiais, naudojame vienetą 1, o ne papildomą pirminį skaičių. Neigiamo sveikojo skaičiaus atveju išskaidome jo teigiamą modulį ir paliekame vieną ženklo dauginamąjį −1. Nulio negalima išskaidyti pirminių skaičių sandauga, nes nenulinių pirminių skaičių ir vienetų sandauga nelygi nuliui.

Klasifikuojama pagal pateiktą teigiamų sveikųjų skaičių apibrėžtį
SkaičiusPagrindimasKlasifikacija
1Vienintelis teigiamas daliklis yra 1Nei pirminis, nei sudėtinis
2Teigiami dalikliai 1,2Pirminis
99 = 3 × 3Sudėtinis
0Nėra teigiamas sveikasis skaičius, didesnis už 1Nepatenka į klasifikaciją
−7Neigiamas; jo teigiama absoliučioji vertė yra 7Nepatenka į klasifikaciją
04

Kiekvieną sveikąjį skaičių, didesnį už 1, galima išskaidyti pirminiais dauginamaisiais

Stipriosios indukcijos metodu teiginys įrodomas kiekvienam sveikajam skaičiui n ≥ 2: įrodomas pradinis atvejis ir parodoma, kad teiginys galioja skaičiui n, jei jis galioja visiems mažesniems skaičiams nuo 2 iki n−1. Šis metodas pagrįstas tuo, kad netuščia teigiamų sveikųjų skaičių aibė turi mažiausią elementą: jei būtų mažiausias skaičius, kuriam teiginys negalioja, visiems mažesniems skaičiams jis galiotų, todėl turėtų galioti ir tam skaičiui.

Įrodant skaidinio egzistavimą, pradinio atvejo skaičius 2 jau yra pirminis. Dabar tarkime, kad n > 2 ir kiekvienas sveikasis skaičius m, kuriam 2 ≤ m < n, turi skaidinį pirminiais dauginamaisiais. Jei n yra pirminis, pakanka sąrašo iš vieno dauginamojo. Jei n yra sudėtinis, užrašykime n = ab, kur 2 ≤ a,b < n. Pagal prielaidą abu mažesni dauginamieji turi pirminių dauginamųjų sąrašus; sujungę šiuos sąrašus, gauname skaičiaus n skaidinį.

Taip įrodomas skaidinio egzistavimas kiekvienam n ≥ 2. Tai taip pat paaiškina, kodėl dauginamųjų medžio sudarymas baigiasi: netrivialus skaidymas pakeičia teigiamą skaičių griežtai mažesniais teigiamais skaičiais. Baigtinis pavyzdys iliustruoja šią konstrukciją; visuotinį teiginį įrodo indukcijos argumentas, o ne daugelio medžių peržiūra.

05

Dvi pagalbinės sveikųjų skaičių priemonės vienaties įrodymui

Dalyba su liekana teigia, kad neneigiamam sveikajam skaičiui t ir teigiamam sveikajam skaičiui d egzistuoja sveikieji skaičiai q,r, kuriems t = qd + r ir 0 ≤ r < d. Pasirinkime q kaip didžiausią neneigiamą sveikąjį skaičių, kuriam qd ≤ t; toks skaičius egzistuoja tarp baigtinio skaičiaus kandidatų nuo 0 iki t. Liekana r = t−qd yra neneigiama, o jei r ≥ d, tiktų ir q+1, todėl gautume prieštarą. Liekana yra vienintelė: dviejų liekanų iš šio intervalo skirtumas negali būti nenulinis skaičiaus d kartotinis.

Teigiamų skaičių p ir a tiesinė kombinacija su sveikaisiais koeficientais yra up + va, kur koeficientai u,v yra sveikieji skaičiai ir gali būti neigiami. Kai p = 5 ir a = 12, kombinacija 5·5 − 2·12 lygi 1. Skaičius, dalijantis ir p, ir a, dalija kiekvieną tokią kombinaciją: jei p = dh ir a = dj, tai up + va = d(uh + vj).

06

Pirminis skaičius, dalijantis sandaugą, turi dalyti vieną iš dauginamųjų

Euklido lema teigia: jei p yra pirminis skaičius ir p | ab, kur a,b yra teigiami sveikieji skaičiai, tai p | a arba p | b. Jei p | a, išvada akivaizdi. Tarkime, kad p nedalija a; tuomet rasime sveikuosius skaičius u,v, kuriems up + va = 1.

Nagrinėkime visas teigiamas kombinacijų up + va reikšmes. Ši aibė netuščia, nes jai priklauso p = 1·p + 0·a, todėl ji turi mažiausią elementą d = up + va. Padalykime p iš d: p = qd + r, kur 0 ≤ r < d. Liekana r = (1−qu)p − qva yra dar viena tiesinė kombinacija su sveikaisiais koeficientais. Jei r būtų teigiama, tai prieštarautų d minimalumui; vadinasi, r = 0 ir d | p.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusSandaugos daugikliai pateikti dviejuose langeliuose. Parodytas daliklis dalija šią sandaugą; atskleidus rezultatus, tikslioje lentelėje nurodoma, ar jis dalija vieną ar kitą daugiklį. Pirminio skaičiaus atveju atskleidžiama tiesinio derinio tapatybė su sveikaisiais koeficientais. Sudėtinio skaičiaus atveju išsaugomi abu nedalumo rezultatai, užuot nepagrįstai darius pirminiam skaičiui taikomą išvadą.Daliklis: 5Dauginamasis aDauginamasis b121012·10 = 1201 = 5·5 − 2·12; 10 = 250 − 240
Dalumo sąlygos tikslios sandaugos atveju
SąlygaReikšmė
Daliklis yra pirminis skaičiusTaip
Daliklis dalija abTaip
Daliklis dalija aNe
Daliklis dalija bTaip

Analogiškai padalykime a iš d: a = td + s. Čia s = −tup + (1−tv)a yra tiesinė kombinacija su sveikaisiais koeficientais, kuriai 0 ≤ s < d, todėl s = 0 ir d | a. Kadangi d yra teigiamas pirminio skaičiaus p daliklis, d lygus 1 arba p. Atvejis d = p reikštų, kad p | a, o tai prieštarauja mūsų prielaidai. Todėl d = 1, taigi up + va = 1.

Padauginkime šią lygybę iš b: b = upb + vab. Abu dešinės pusės dėmenys dalijasi iš p, nes p | ab. Jų suma dalijasi iš p, todėl p | b. Taip lemos įrodymas užbaigiamas nesiremiant kitoje pamokoje pateikiamais teiginiais apie didžiausią bendrąjį daliklį.

Pirminumo sąlygos atsisakyti negalima. Nors 6 | (2·3), negalioja nei 6 | 2, nei 6 | 3. Skirtingi sudėtinio daliklio pirminiai daugikliai gali pasiskirstyti tarp dviejų sandaugos daugiklių.

07

Sutapatinkite ir suprastinkite pirminius daugiklius, išsaugodami visus pasikartojimus

Tarkime, n = p₁···pᵣ = q₁···qₛ yra dvi teigiamų pirminių skaičių sandaugos. Pakartotinai taikydami Euklido lemą dešinėje esančiai sandaugai, gauname, kad p₁ dalija bent vieną qⱼ. Teigiamas pirminio skaičiaus qⱼ pirminis daliklis turi būti lygus qⱼ, todėl p₁ = qⱼ.

Pakeiskite dešinėje esančių daugiklių tvarką taip, kad šis lygus pirminis daugiklis būtų pirmas, tada suprastinkite abi sandaugas iš šio teigiamo, nelygaus nuliui daugiklio. Pakartokite tai su likusiais daugikliais. Jei vienas sąrašas baigtųsi anksčiau už kitą, tuščioji sandauga toje pusėje būtų 1, o likusių pirminių skaičių sandauga būtų ne mažesnė už 2, ir tai neįmanoma. Taigi abu sąrašai baigiasi kartu, o jų pirminiai daugikliai sutampa po vieną.

Egzistavimas ir šis sutapatinimu paremtas įrodymas duoda pagrindinę aritmetikos teoremą: kiekvienas teigiamas sveikasis skaičius, didesnis už 1, turi vienintelį skaidinį pirminiais daugikliais, neatsižvelgiant į jų tvarką. Vienatis nusako pirminių daugiklių rinkinį, o ne vienintelę skaidymo veiksmų seką. Daugiklių medis, kurio galinė viršūnė yra sudėtinis skaičius, yra nebaigtas.

08

Laipsnių rodikliai skaičiuoja pasikartojančius pirminius daugiklius; vieneto rinkinys tuščias

Surikiuokite pirminių daugiklių sąrašą ir sugrupuokite pasikartojimus. Skaidant 84, abu medžiai duoda 2²·3·7: laipsnio rodiklis 2 žymi du daugiklius 2, o neužrašyti 3 ir 7 laipsnių rodikliai yra 1. Pirminio skaičiaus, kurio sandaugoje nėra, laipsnio rodiklis yra 0; pirminis skaičius, kurio laipsnio rodiklis teigiamas, iš tiesų yra sandaugos daugiklis.

Skaičiui 1 tuščioji sandauga yra 1, o kiekvieno pirminio skaičiaus laipsnio rodiklis yra 0. Taip pirminių daugiklių rinkinio samprata taikoma teigiamiems sveikiesiems skaičiams, nevadinant 1 pirminiu skaičiumi. Skaičiaus −84 modulio pirminių daugiklių rinkinys yra toks pat, o ženklas išsaugomas atskirai: −1·2²·3·7.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusSkaičiaus aštuoniasdešimt keturių išskaidymo į daugiklius medis. Kiekviena linija jungia tėvinį mazgą su vienu iš dviejų jo daugiklių; vidinių mazgų reikšmės yra jų vaikinių mazgų reikšmių sandaugos. Atskleidus rezultatus, neužpildyti lapų apskritimai užpildomi. Lapų tvarka skirtinguose medžiuose keičiasi, tačiau pirminių daugiklių pasikartojimų skaičiai sutampa.844212237Linijos rodo skaidymą į daugiklius; aukštisneatspindi skaitinės vertės84 = 2²·3·7
Visas lapų sąrašas jų rodymo tvarka
Lapo pozicijaPirminis daugiklis
12
22
33
47
Pirminių dauginamųjų kartotinumai visoje sandaugoje
Pirminis skaičiusLaipsnio rodiklis
22
31
71

Du greta pavaizduoti skaidymo medžių keliai iliustruoja tą pačią multiaibę – rinkinį, kuriame išsaugomi pasikartojantys elementai, bet neatsižvelgiama į jų vietas. Ankstesnis įrodymas paaiškina, kodėl visi galimi užbaigti skaidymo keliai turi duoti tą patį rezultatą, įskaitant ir čia nepavaizduotus kelius.

09

Sudėtinis skaičius turi pirminį daliklį, ne didesnį už jo kvadratinę šaknį

Jei n = ab, kur a,b > 1, bent vienas daugiklis yra ne didesnis už √n: jei abu būtų didesni, ab būtų didesnis už n. Tarkime, a ≤ √n, ir remdamiesi egzistavimo teorema pasirinkime pirminį a daliklį p. Užrašę a = pc, gauname n = p(cb), taigi p dalija n ir p ≤ a ≤ √n. Todėl sveikasis skaičius n ≥ 2 yra pirminis tada ir tik tada, kai jo nedalija joks pirminis skaičius p, kuriam p² ≤ n.

Ribinė reikšmė taip pat įtraukiama. Skaičiaus 121 pirminiai skaičiai 2,3,5,7 nedalija, tačiau 11² = 121, ir 11 jį dalija. Sustojus prieš lygybės atvejį, šis kvadratas būtų klaidingai laikomas pirminiu skaičiumi. Tikrindami 83, išbandykite daliklius 2,3,5,7, nes 7² ≤ 83 < 11²; dalybos iš jų liekanos yra 1,2,3,6, todėl 83 yra pirminis skaičius.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusParodyti visi reikalingi kandidatai į pirminius daliklius ir jų kvadratai. Tikrinant įtraukiamas ir lygybės atvejis ties kvadratinės šaknies riba. Atskleidus rezultatus, parodomos tikslios liekanos: kandidatas, kurio liekana lygi nuliui, pažymimas oranžiniu kvadratu, o kandidatas, kurio liekana nelygi nuliui, – neužpildytu apskritimu.121p = 2p² = 4r = 1p = 3p² = 9r = 1p = 5p² = 25r = 1p = 7p² = 49r = 2p = 11p² = 121r = 0Visi būtini kandidatai patikrinti: Sudėtinis121 = 11·11
Visi būtini dalumo iš pirminių skaičių patikrinimai; n = pq + r, kai 0 ≤ r < p
Pirminis skaičius pp²Dalmuo qLiekana rAr n dalijasi iš p?
24601Ne
39401Ne
525241Ne
749172Ne
11121110Taip
Pirminių dauginamųjų kartotinumai visoje sandaugoje
Pirminis skaičiusLaipsnio rodiklis
112

Tiksli liekana r = 0 patvirtina dalumą; nenulinė liekana jį paneigia tik tam tikrinamam dalikliui. Kelių mažų pirminių skaičių patikrinimas įrodo skaičiaus pirminumą tik tada, kai patikrintas visas reikiamas intervalas. Taip pat galima tikrinti kiekvieną sveikąjį skaičių nuo 2 iki ⌊√n⌋, didžiausio sveikojo skaičiaus, neviršijančio √n, nors sudėtinių daliklių tikrinti nebūtina.

10

Baigtinis rėtis pašalina kartotinius, bet palieka jų pirminį daliklį

Norėdami rasti pirminius skaičius nuo 2 iki nustatytos ribos N, pradėkite nuo visų šio intervalo sveikųjų skaičių, palikdami juos nepažymėtus. Didėjimo tvarka imkite kitą nepažymėtą p, kuriam p² ≤ N, ir pažymėkite jo kartotinius p²,p(p+1),p(p+2),… iki N kaip sudėtinius. Patį p palikite nepažymėtą. Pažymėtą kandidatą praleiskite, nes jau žinoma, kad jis sudėtinis.

Kodėl pradėti nuo p²? Mažesnis netrivialus kartotinis kp, kuriam 2 ≤ k < p, turi pirminį k daliklį, mažesnį už p, todėl ankstesniame rėčio žingsnyje šis kartotinis jau buvo pažymėtas. Kiekvienas naujai pažymėtas skaičius yra sudėtinis, nes turi daugiklius p ir k, kurių kiekvienas yra ne mažesnis už 2. Kitas nepažymėtas p yra pirminis: jei jis būtų sudėtinis, mažesnis pirminis daliklis jau būtų jį pažymėjęs.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusKiekviename langelyje nurodytas vienas sveikasis skaičius iki nustatytos ribos imtinai. Brūkšniuotu langeliu atmetamas vienetas. Oranžinis perbrauktas kampas žymi sveikąjį skaičių, atmestą pagal jau apdorotą pirminį skaičių; likę langeliai lieka kandidatais, kol atliekami visi reikalingi pirminių skaičių žingsniai. Atskleidus rezultatus, žali užpildyti apskritimai patvirtina galutinius likusius pirminius skaičius. Tekstinėje lentelėje tiksliai nurodytas kiekvieną skaičių pažymėjęs pirminis skaičius.Fiksuota riba (imtinai): 49Apdoroti pirminiai skaičiai: 2, 3, 5, 712345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849Visi likę sveikieji skaičiai dabar yrapirminiai
Perbrauktas kampas: žinomas sudėtinis skaičius● Naujai pažymėti šiame žingsnyjeNeužpildytas langelis: dar nepažymėtasUžpildytas apskritimas: užbaigus patvirtintas pirminis skaičiusLangelis brūkšniniu kontūru: 1 nėra pirminis skaičius
Tiksli kiekvieno sveikojo skaičiaus būsena iki nurodytos ribos
Sveikasis skaičiusDabartinė būsenaPirmasis pažymėjęs pirminis skaičius
1Neįtrauktas vienetas 1Nėra
2PirminisNėra
3PirminisNėra
4Sudėtinis2
5PirminisNėra
6Sudėtinis2
7PirminisNėra
8Sudėtinis2
9Sudėtinis3
10Sudėtinis2
11PirminisNėra
12Sudėtinis2
13PirminisNėra
14Sudėtinis2
15Sudėtinis3
16Sudėtinis2
17PirminisNėra
18Sudėtinis2
19PirminisNėra
20Sudėtinis2
21Sudėtinis3
22Sudėtinis2
23PirminisNėra
24Sudėtinis2
25Sudėtinis5
26Sudėtinis2
27Sudėtinis3
28Sudėtinis2
29PirminisNėra
30Sudėtinis2
31PirminisNėra
32Sudėtinis2
33Sudėtinis3
34Sudėtinis2
35Sudėtinis5
36Sudėtinis2
37PirminisNėra
38Sudėtinis2
39Sudėtinis3
40Sudėtinis2
41PirminisNėra
42Sudėtinis2
43PirminisNėra
44Sudėtinis2
45Sudėtinis3
46Sudėtinis2
47PirminisNėra
48Sudėtinis2
49Sudėtinis7

Atlikus žingsnius su visais pirminiais skaičiais, kuriems p² ≤ N, kiekvienas likęs skaičius nuo 2 iki N yra pirminis. Likęs sudėtinis skaičius turėtų pirminį daliklį, ne didesnį už jo paties kvadratinę šaknį, taigi ir ne didesnį už √N, o atitinkamame žingsnyje jis būtų pažymėtas. Lentelėje iki 49 žingsnyje su 7 būtina pažymėti 49; sustoti po 5 būtų per anksti.

Iki paskutinio žingsnio nepažymėtas skaičius tebėra kandidatas, o ne skaičius, kurio pirminumas jau patvirtintas. Lentelėje atskirai pažymimas neįtraukiamas 1 ir parodomi konkretūs kartotiniai, pašalinami kiekviename žingsnyje. Vienodo dydžio langeliai žymi sveikuosius skaičius, o ne išmatuotą skaitinį plotą.

11

Baigtiniame sąraše nėra vieno iš sandaugos ir 1 sumos pirminių daliklių

Imkite bet kurį netuščią baigtinį skirtingų pirminių skaičių p₁,…,pₖ sąrašą. Tegul M = p₁···pₖ ir N = M+1. Kadangi N > 1, jis turi pirminį daliklį q. Kiekvienas sąrašo pᵢ dalija M, bet negali dalyti N: priešingu atveju jis dalytų N−M = 1, o pirminiam skaičiui tai neįmanoma. Todėl q nėra sąraše. Jokiame baigtiniame sąraše negali būti visų pirminių skaičių.

Taip sudarytas N nebūtinai yra pirminis. Sąrašui 2,3,5,7,11,13 gauname M = 30030 ir N = 30031 = 59·509. Abu daugikliai yra pirminiai ir nė vieno nėra pradiniame sąraše. Įrodymas garantuoja naują pirminį daliklį, o ne tai, kad pridėjus 1 prie sandaugos visada gaunamas pirminis skaičius.

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusIš baigtinio senojo pirminių skaičių sąrašo pereinama prie jų sandaugos, tada prie sandaugos, padidintos vienetu. Paskutiniame langelyje atskleidžiami tikrieji šio naujo skaičiaus pirminiai daugikliai. Dalijant iš kiekvieno senojo pirminio skaičiaus, liekana lygi vienetui. Naujasis skaičius gali būti sudėtinis; tik jo pirminiams daugikliams garantuojama, kad jų nėra senajame sąraše.Senasis pirminių skaičių sąrašas2, 3, 5, 7, 11, 13Sandauga M30030M + 130031M + 1 pirminiai dalikliai59·509Liekana: 1
Sukonstruoto skaičiaus dalybos iš kiekvieno ankstesnio pirminio skaičiaus liekana
Sąrašo pirminis skaičiusDalmuoLiekana
2150151
3100101
560061
742901
1127301
1323101

Išvardytų pirminių skaičių sandauga: 30030

Visas sudaryto skaičiaus pirminių daugiklių sąrašas: 59·509

Pirminių dauginamųjų kartotinumai visoje sandaugoje
Pirminis skaičiusLaipsnio rodiklis
591
5091

Tuščiam sąrašui naudokite tuščiąją sandaugą M = 1 ir N = 2; taip taip pat gaunamas pirminis skaičius, kurio tame sąraše nėra. Šis egzistavimo įrodymas nieko nepasako apie paprastą dėsningumą, apibūdinantį tarpus tarp gretimų pirminių skaičių, ar veiksmingą būdą išvardyti pirminius skaičius didėjimo tvarka.

12

Numatykite, ką parodys duomenys, prieš atskleisdami skaičiavimą

Palyginkite du pilnus 84 medžius, pirminio skaičiaus ir dviejų kvadratų bandomuosius daliklius, nuoseklius baigtinio rėčio žingsnius ir sąrašus, kuriems sudaroma sandauga ir pridedamas vienetas. Prieš atskleisdami nuspręskite, ką patvirtins rodomi duomenys. Rėtyje likęs kandidatas ir daliklių tikrinimas, kuriame praleisti kandidatai, nepagrindžia tos pačios išvados kaip užbaigtas tikrinimas.

Visoms interaktyvioms reikšmėms naudojama tiksli riboto diapazono sveikųjų skaičių aritmetika. Baigtinės lentelės išsamiai apima kiekvieną nurodytą atvejį; bendrieji egzistavimo, vienaties ir begalinumo teiginiai tebėra grindžiami pirmiau pateiktais įrodymais.

Kurie pirminumo duomenys yra išsamūs?

Pasirinkite medį, išsamų dalumo tikrinimą, baigtinį sieto etapą arba baigtinį pirminių skaičių sąrašą. Numatykite rezultatą, tada atskleiskite tikslius sveikųjų skaičių duomenis.

Numatykite rezultatą prieš atskleisdami duomenis

Tikslūs baigtiniai duomenys apie pirminius skaičiusSkaičiaus aštuoniasdešimt keturių išskaidymo į daugiklius medis. Kiekviena linija jungia tėvinį mazgą su vienu iš dviejų jo daugiklių; vidinių mazgų reikšmės yra jų vaikinių mazgų reikšmių sandaugos. Atskleidus rezultatus, neužpildyti lapų apskritimai užpildomi. Lapų tvarka skirtinguose medžiuose keičiasi, tačiau pirminių daugiklių pasikartojimų skaičiai sutampa.846142327Linijos rodo skaidymą į daugiklius; aukštisneatspindi skaitinės vertėsNuspėkite prieš atskleisdami

Modeliuose naudojamos tikslios sveikųjų skaičių reikšmės, ne didesnės nei vienas milijonas; rėčio ribos neviršija 120, o baigtinio sąrašo konstrukcijoje naudojami ne daugiau kaip šeši sąraše esantys pirminiai skaičiai. Šie apribojimai apibūdina realizaciją, o ne matematinių įrodymų taikymo ribas.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Prieš lygindami užbaikite abu medžius

Išskaidykite 84 daugikliais, pradėdami nuo 6·14 ir nuo 4·21. Kas nustatoma vienareikšmiškai?

  1. Išskaidykite 6 į 2·3, o 14 į 2·7; gausite 2·3·2·7.
  2. Išskaidykite 4 į 2·2, o 21 į 3·7; gausite 2·2·3·7.
  3. Abiejuose pirminių daugiklių rinkiniuose yra po du daugiklius 2, vieną 3 ir vieną 7; jų sandauga yra 4·3·7 = 84.
  4. Šakų išdėstymas skiriasi. Vienaties teorema taikoma galutiniam pirminių daugiklių rinkiniui.

84 = 2²·3·7. Nei pirmasis skaidymas, nei pirminių skaičių tvarka lapuose nėra vienareikšmiai.

Kombinacija su sveikaisiais koeficientais lemia antrojo daugiklio dalumą

Remdamiesi 1 = 5·5 − 2·12, paaiškinkite, kodėl iš 5 | (12·10) išplaukia 5 | 10.

  1. Pirminis skaičius 5 nedalija 12; pateikta kombinacija yra tiksli: 25−24 = 1.
  2. Padauginkite iš 10: 10 = 5·5·10 − 2·12·10 = 250−240.
  3. Abu nariai yra 5 kartotiniai, nes 5 | 120. Todėl jų skirtumas yra 5 kartotinis.
  4. Lygtis patvirtina lemos išvadą; ji nereiškia, kad kiekvienas sudėtinis daliklis turi tokią pačią savybę.

5 dalija 10. Bet kuriam teigiamam b, kuriam 5 | 12b, ta pati kombinacija duoda 5 | b.

Nepraleiskite kvadratinės šaknies, kuri yra pirminis skaičius

Ar 121 yra pirminis skaičius, jei dalijant iš 2,3,5,7 gaunamos nenulinės liekanos?

  1. Būtini patikrinti kandidatai tenkina p² ≤ 121, todėl 11 vis dar patenka į tikrinimo intervalą.
  2. Tikslios dalybos 121 = 11·11 liekana yra 0.
  3. Daliklis 11 yra griežtai tarp 1 ir 121.
  4. Taigi 121 yra sudėtinis skaičius; anksčiau gautos nenulinės liekanos nebuvo užbaigtas pirminumo įrodymas.

121 = 11² yra sudėtinis skaičius. Būtina patikrinti ir lygybės atvejį ties kvadratinės šaknies riba.

Svarbus ir paskutinis žingsnis iki 49

Kodėl, taikant sietą iki 49 ir jau apdorojus 2,3,5, reikia dar vieno žingsnio?

  1. 7 nepažymėtas, o 7² = 49 vis dar neviršija nurodytos ribos.
  2. Mažesni jo kartotiniai 14,21,28,35,42 jau pažymėti nagrinėjant 2,3 arba 5.
  3. Pradėjus nuo 49, pažymimas būtent likęs kartotinis 49.
  4. Pagal rėčio metodo įrodymą likę sveikieji skaičiai nuo 2 iki 49 imtinai dabar yra pirminiai.

Išnagrinėkite 7 ir pažymėkite 49. Galutinis pirminių skaičių sąrašas: 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47.

Pakanka naujo pirminio daliklio

Ką įrodo N = 2·3·5·7·11·13 + 1, jei N = 59·509?

  1. Sandauga lygi 30030, todėl N lygus 30031; 59·509 taip pat lygu 30031.
  2. N nesidalija iš nė vieno iš šešių išvardytų pirminių skaičių, nes dalijant iš kiekvieno liekana yra 1.
  3. 59 yra pirminis skaičius: pirminiai skaičiai, kuriuos reikia patikrinti kaip galimus daliklius, yra 2,3,5,7, ir jis nesidalija iš nė vieno jų. Tikrinant 509, reikia išbandyti 2,3,5,7,11,13,17,19; jis nesidalija iš nė vieno jų.
  4. Nė vieno iš šių dviejų pirminių daliklių nėra senajame sąraše, nors pats N yra sudėtinis skaičius.

Baigtinis sąrašas yra nepilnas. Prie sandaugos pridėjus 1, gaunamas skaičius, turintis naują pirminį daliklį, bet nebūtinai pirminis skaičius.

Pabandykite patys

  1. Suklasifikuokite 1,2,15,0 ir −11 pagal pateiktus pirminių ir sudėtinių skaičių apibrėžimus.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    2 yra pirminis, o 15 – sudėtinis skaičius. 1 nėra nei pirminis, nei sudėtinis. 0 ir −11 nepatenka į teigiamų sveikųjų skaičių klasifikaciją.

    Daliklių sąlyga taip pat reikalauja, kad skaičius būtų sveikasis ir didesnis už 1. Penkiolikos skaidinys yra 3·5; minuso ženklas nepaverčia −11 teigiamu pirminiu skaičiumi.

  2. Skaičiaus 60 skaidymo daugikliais medžio galutiniai lapai yra 4,3,5. Ar tai skaidinys pirminiais daugikliais? Užbaikite jį.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Skaidinys neužbaigtas, nes 4 yra sudėtinis skaičius. Visas pirminių daugiklių sąrašas yra 2,2,3,5, taigi 60 = 2²·3·5.

    Pradinių lapų sandauga jau yra 60, tačiau skaidinyje pirminiais daugikliais kiekvienas lapas turi būti pirminis skaičius – nepakanka vien teisingos sandaugos.

  3. Ar 2·3·2·7 ir 7·2·2·3 yra skirtingi skaidiniai pirminiais daugikliais? Ką čia reiškia 2²?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Tvarka skiriasi, bet pirminiai daugikliai ir jų kartotinumas sutampa. Laipsnio rodiklis 2 nurodo du daugiklius, lygius 2.

    Vienatis, neatsižvelgiant į tvarką, apima ir daugiklių kartotinumą. Jis neleidžia atmesti pasikartojančio daugiklio ar pakeisti 2·2 vienu daugikliu 2.

  4. Nurodykite, kokie susitarimai taikomi sudarant 1 ir −60 pirminių daugiklių sąrašus. Ar 0 gali būti pirminių skaičių ir apgręžiamųjų elementų sandauga?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Skaičiaus 1 pirminių daugiklių sąrašas yra tuščias. −60 = −1·2²·3·5. Nulis neturi tokio skaidinio sandauga.

    Tuščioji sandauga lygi 1; −1 nurodo ženklą ir yra apgręžiamasis elementas, o ne teigiamas pirminis skaičius. Kiekvienas pirminių skaičių ir apgręžiamųjų elementų sandaugos daugiklis yra nelygus nuliui.

  5. Kodėl egzistavimo įrodyme abu sudėtinio skaičiaus n = ab daugikliai, kai a,b > 1, yra mažesni už n?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Kadangi b ≥ 2, tai a ≤ n/2 < n; analogiškai b ≤ n/2 < n.

    Abu daugikliai patenka į stipriosios indukcijos prielaidos intervalą 2 ≤ m < n, todėl jų pirminių daugiklių sąrašai jau žinomi. Prielaidoje nėra tiesiog tariama, kad teiginys galioja ir atveju n.

  6. Ar iš d | ab visada išplaukia d | a arba d | b, kai d yra bet kuris teigiamas daliklis? Naudokite d = 6, a = 2, b = 3.

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Ne. 6 dalija 2·3 = 6, bet nedalija nei 2, nei 3.

    Euklido lemoje reikalaujama, kad d būtų pirminis skaičius. Skirtingi skaičiaus 6 pirminiai daugikliai 2 ir 3 gali būti skirtinguose sandaugos daugikliuose.

  7. Kodėl tikrinant tik pirminius skaičius, griežtai mažesnius už √49, negalima patvirtinti skaičiaus 49 pirminumo?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Neįtrauktas ribinis kandidatas yra 7, o 49 = 7² yra sudėtinis skaičius.

    Teorema garantuoja daliklį p ≤ √n, įskaitant lygybės atvejį. Tikrinant dalumą tik iš 2,3,5, kvadratinę šaknį atitinkantis daliklis lieka nepatikrintas.

  8. Kuriuos pirminius skaičius reikia patikrinti kaip galimus skaičiaus 83 daliklius ir ką rodo liekanos 1,2,3,6?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Patikrinkite 2,3,5,7. Nė vienas iš jų nedalija 83, todėl 83 yra pirminis skaičius.

    7² ≤ 83 < 11², todėl sąrašas apima visus pirminius skaičius, kuriems p² ≤ 83. Išvadą pagrindžia visas nenulinių liekanų sąrašas, o ne vien jo dalis.

  9. Kai didėjančia tvarka taikomas sietas pasiekia p = 5, kodėl naujus skaičius reikia pradėti žymėti nuo 25, o ne išbraukti 5 ar pradėti nuo 10?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Palikite 5 kaip pirminį skaičių. Mažesni netrivialūs jo kartotiniai 10,15,20 jau pažymėti; 25 yra pirmasis kartotinis, kuris gali būti dar nepažymėtas.

    Kai kp < p² ir k ≥ 2, skaičiaus k pirminis daliklis yra mažesnis už p, o jam skirtame žingsnyje kp jau pažymėtas. Išbraukus patį p, būtų pašalintas pirminis skaičius.

  10. Iš baigtinio pirminių skaičių sąrašo gaunamas M, o pirminis skaičius q dalija M+1. Kodėl q negali būti tame sąraše? Ar M+1 būtinai yra pirminis skaičius?

    Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

    Jei q būtų sąraše, jis dalytų ir M, ir M+1, taigi ir 1, o tai neįmanoma. M+1 nebūtinai yra pirminis skaičius.

    Prieštaravimas susijęs su skirtumo dalumu. Pavyzdys 30031 = 59·509 parodo, kodėl garantuotai egzistuojančio naujo pirminio daliklio negalima painioti su viso sukonstruoto skaičiaus pirminumu.

Ką verta įsidėmėti

  • Teigiami sveikieji skaičiai, didesni už 1, skirstomi į pirminius ir sudėtinius; 1 yra vienetas, o ne pirminis skaičius.
  • Stiprioji indukcija leidžia kiekvieną sveikąjį skaičių, didesnį už 1, išskaidyti pirminiais daugikliais.
  • Euklido lema apie pirminius daliklius leidžia suporuoti ir suprastinti daugiklius, taip įrodant vienatį, neatsižvelgiant į daugiklių tvarką.
  • Nekintamame pirminių daugiklių rinkinyje pasikartojantys daugikliai išreiškiami laipsnių rodikliais; neigiamo sveikojo skaičiaus ženklas nurodomas atskirai.
  • Tikrinant pirminumą, būtina patikrinti visus pirminius skaičius, kuriems p² ≤ n, įskaitant lygybės atvejį.
  • Didėjančia tvarka taikomas baigtinis sietas pradeda žymėti naujus skaičius nuo p² ir palieka patį p; kol sijojimas nebaigtas, neišbraukti skaičiai yra kandidatai.
  • Baigtinio sąrašo skaičių sandauga, padidinta 1, turi pirminį daliklį, kurio tame sąraše nėra, net jei gautasis skaičius yra sudėtinis.

Šaltiniai

Šio straipsnio sąvokų ir mokymo būdų šaltiniai.

  1. Book of Proof · Third edition (2018); PDF edition 3.4, 5 February 2025Richard HammackVadovėlio skyrius · PDFBook of ProofInteger combinations — Proposition 7.1Prime divisor lemma — Proposition 10.1Unique prime factorisation — §10.4richardhammack.github.io
  2. Elementary Number Theory · Online §§1.11–1.12; updated 1 September 2026Mike Barrus, W. Edwin ClarkVadovėlio skyriusPrime divisors, trial division and the finite sieve — §1.11Existence, uniqueness and exponents — §1.12math.libretexts.org
  3. Criptografia · First edition, 12th printing (2016)Severino Collier CoutinhoVadovėlio skyrius · PDFCriptografiaA new prime outside any finite list — §7.1.1portaldaobmep.impa.br