二十一世纪新型数学工具“新筛法”

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  摘 要:本文介绍了数学史中出现的三种筛法。研究了这三种筛法的数学工具性,分析了三种筛法的数学思维法式。得出了创新思维主导下的思维法式,能够得出创新的数学方法:一种新型数学工具“新筛法”-结论。
  关键词:二十一世纪;“新筛法”工具 ;三个层次;新数学思想
  一带一路建设,中华文化的复兴,中国梦的实现是一个全方位的开放政策机遇。在这样的机遇背景下,弘扬中华传统数学思想继承发展中国数学经典《九章算术》理论,正是一个绝好的机遇。在困惑迷惘中,在几千年的“路漫漫兮”探寻数学工具中,人们发现了筛法。
  筛法一词起源于公元前250年左右。筛法是研究和素数(质数)有关的数学工具。
  一、希腊数学家Eratrosthenes因提出对一个正整数N,如果不能被≤ 的任何一正整数整除,该整数N必是素数(质数)的筛选质数(素数)的方法而得名。这种数学方法就是Eratrosthenes筛法。现在还应用在我们的业务教育小学课本中。不难发现这种筛法是用“≤ 的素数”去除N.,来判定N是否是素数的方法。在20 世纪初期,挪威数学家布伦改进了Eratosthenes筛法,王元、潘承洞做出了卓越的贡献,同陈景润的加权筛法推动了数学史的发展。但是这种筛法有有其缺陷性,使数学家们共同的认知。
  二、在二十世纪的1934年,东印度的学生Sundaram又开辟了一个路径,他列方格表形式,第一行是首项为4、公差为3的数列4,7,10, …;同时第一列也是由这一数列所确定的,这 样后面的每一行的第一个数也就确定了.自第 二行起每一行的公差依次是5,7,9,11,…自第 二列起每一行的公差依次是5,7,9,11,…如下表:
  从1起,不在表中的数若是m,那么,2m+1是一个素数(质数)如1,2,3,…;1×2+1=3(质数),2×2+1=5(质数),3×2+1=7(质数)…。从文对这种筛法的真实性的逆否命题证明过程可以发现,Sundaram筛法的建立从本质上摆脱了Eratrosthenes的数学思维模式。具有一定的创新性。也有很大的局限性。其应用受到限制。
  文指出:“可以相信,在哥德巴赫猜想的研究中,有待于将来出现一个全新的数学观念。”。文指出:“近代数学之所以能够发展到今天,主要是靠的是中国数学,而非希腊数学,决定数学历史进程的主要是中国的数学而非希腊数学。”
  三、“新筛法”是吸收了《九章算术》)中的筛法元素,形成独立的筛法体系,创立于二十一世纪的2006年。出自于文、完善于文。《九章算术》是世界上系统地叙述分数算法的最早著作,远在欧洲之前大约一千五百年便建立了成熟的分数理论。在《说文解字》中有“实,富也。以宀从贯;贯,货,贝也”是说“实”是钱财货物之总称,即泛指一切实物。而“法”的涵义起源于西周至秦汉的度量单位。这个“总称”就是“实”,“实”可以大于“法”;也可以等于“法”;也可以小于“法”。《九章算术》中的分数理论“以法为母,实余为子”,“法实相推”,还原“法与实”。成为“新筛法”形成的重要依据。中国传统的筹算法:分数总被还原为一对整数“法”与“实”进行分别运算,从而使在筹算法下进行“法实相推”的动态推演。因而,在形成的新筛法理论中是以:寻找“法”与“实”,还原“法”与“实”为目标。在解决问题时,始终把“法实相推”,还原“法”与“实”为工具,创造出三类筛法工具。包含三个层次。其核心定理如下:
  第一类新筛法,定理:整数时,用于筛出素数n的方法。
  第二类新筛法,定理1,.M,是非零整数,若,有,用于筛出非整数或素数的方法。定理2,(M,a,b,c,k均为非零整数)则:为整数。用于筛出非整数或素数的方法。
  第三类新筛法,在将“法实相推”引入到开区间时,达到新筛法的第三个层次,也就是開区间筛法。如开区间筛法小定理,当n≥8时,在开区间(n,2n)中任意整数满足筛法式:又如开区间筛法大定理,当实数x≥12时,在开区间()中任意奇数满足筛法式:这两个定理用于数与数之间存在素数的证明;用于所有和素数有关的数学问题的证明。这种新筛法应用十分广泛。可以证明很多和整数法相关的猜想,在文中得以充分体现。因为文包含了,建立新筛法和等价筛法及筛法辅助定理和已经证明的很多猜想;大约有引理,定理170个,因为以它新奇的创造性的数学思想;因为以它严密的数理逻辑贯穿在文之中,它已经荣获了西安市教育局颁发的基础教育成果一等奖,荣获了陕西省教育厅颁发的全省基础教育优秀成果一等奖;荣获了中国国家基础教育研究中心总课题组颁发成果的一等奖。从新筛法的形成过程,可以发现“新筛法”是“摆脱了Eratrosthenes的思维模式,创造性的用“法实相推”还原“法与实”的数学思想,寻找“[x]!实”中是否存在“法n或ai”这个真因数来判定n或ai是否是素数的数学思想。它是二十一世纪新型的数学“工具”。它结合数学归纳法、同余性质、阶乘定理、法实相推,还原法实等方法,在应用的筛法是以解析方程形式出现,结合“法实相推”的动态推演,可以形成所需要的方程,解决问题十分简单。这个过程真正进入了一个“法实相推”缤纷的数学世界。
  参考文献:
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  [4]相振泉.新筛法导论[M].陕西:陕西人民出版社,2006:140—150.
  [5]相振泉.新筛法导论[M].陕西:陕西人民出版社,2016:130—300.
  作者简介:相振全,男,陕西西安人。
  王龙,陕西西安人,西安市第六十八中学高级教师。
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