哥德巴赫猜想的故事

哥德巴赫是一個德國數學家,生於1690年,從1725年起當選為俄國彼得堡科學院院士。在彼得堡,哥德巴赫結識了大數學家歐拉,兩人書信交往達30多年。他有一個著名的猜想,就是在和歐拉的通信中提出來的。這成為數學史上一則膾炙人口的佳話。

  有一次,哥德巴赫研究一個數論問題時,他寫出:

  3+3=6,3+5=8,

  3+7=10,5+7=12,

  3+11=14,3+13=16,

  5+13=18,3+17=20,

  5+17=22,……

  看著這些等式,哥德巴赫忽然發現:等式左邊都是兩個質數的和,右邊都是偶數。於是他猜想:任意兩個奇質數的和是偶數,這當然是對的,但可惜這只是一個平凡的命題。

  對—般的人,事情也許就到此為止了。但哥德巴赫不同,他特別善於聯想,善於換個角度看問題。他運用逆向思維,把等式逆過來寫:

  6=3+3,8=3+5,

  10=3+7,12=5+7,

  14=3+11,16=3+13,

  18=5=13,20=3+17,

  22=5+17,……

  這說明什麼?哥德巴赫自問,然後自答:從左向右看,就是6~22這些偶數,每一個數都能「分拆」成兩個奇質數之和。在一般情況下也對嗎?他又動手繼續試驗:

  24=5+19,26=3+23,

  28=5+23,30=7+23,

  32=3+29,34=3+31,

  36=5+31,38=7+31,

  ……

  一直試到100,都是對的,而且有的數還不止一種分拆形式,如

  24=5+19=7+17=11+13,

  26=3+23=7+19=13+13

  34=3+31=5+29=11+23=17+17

  100=3+97=11+89=17+83

  =29+71=41+59=47+53.

  這麼多實例都說明偶數可以(至少可用一種方法)分拆成兩個奇質數之和。在一般情況下對嗎?他想說:對!於是他企圖找到一個證明,幾經努力,但沒有成功;他又想找到一個反例,說明它不對,冥思苦索,也沒有成功。

  於是,1742年6月7日,哥德巴赫提筆給歐拉寫了一封信,敘述了他的猜想:

  (1)每一個偶數是兩個質數之和;

  (2)每一個奇數或者是一個質數,或者是三個質數之和。

  (注意,由於哥德巴赫把「1」也當成質數,所以他認為2=1+1,4=1+3也符合要求,歐拉在複信中糾正了他的說法。)

  同年6月30日,歐拉複信說,「任何大於(或等於)6的偶數都是兩個奇質數之和,雖然我還不能證明它,但我確信無疑,它是完全正確的定理。」

  歐拉是數論大家,這個連他也證明不了的命題,可見其難度之大,自然引起了各國數學家的注意。

  人們稱這個猜想為哥德巴赫猜想,並比喻說,如果說數學是科學的皇后,那麼哥德巴赫猜想就是皇冠上的明珠。二百多年來,為了摘取這顆耀眼的明珠,成千上萬的數學家付出了巨大的艱苦勞動。

  1920年,挪威數學家布朗創造了一種新的「篩法」,證明了每一個充分大的偶數都可以表示成兩個數的和,而這兩個數又分別可以表示為不超過9個質因數的乘積。我們不妨把這 個命題簡稱為「9+9」。

  這是一個轉折點。沿著布朗開創的路子,932年數學家證明了「6+6」。1957年,我國數學家王元證明了「2+3」,這是按布朗方式得到的最好成果。

  布朗方式的缺點是兩個數都不能確定為質數,於是數學家們又想出了一條新路,即證明「1+C」。1962年,我國數學家潘承洞和另一位蘇聯數學家,各自獨立地證明了「1+5」,使問題推進了一大步。

  1966年至1973年,陳景潤經過多年廢寢忘食,嘔心瀝血的研究,終於證明了「1+2」:對於每一個充分大的偶數,一定可以表示成一個質數及一個不超過兩個質數的乘積的和。即

  偶數=質數+質數×質數

  你看,陳景潤的這個結果,離哥德巴赫猜想的最後解決只有一步之遙了!人們稱讚「陳氏定理」是「輝煌的定理」,是運用「篩法」的「光輝頂點」。

  想想練練

  1.50以內有15個質數:2、3、5、7、11、13、17、19、23、29、31、37、41、43、47.請選出10個填入圖內,使○+○的和等於同一個50以內的偶數,把這個偶數填入中間的○內。

  2.用給出的:3、3、5、5、7、7、11、11、13、13、17、17、19、23、23、23這16個數,根據哥德巴赫猜想,寫出8個連續的偶數。

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