完美数的难解之谜

来源 :中学生数理化·八年级数学人教版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cai_yankun
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  完美数是指真因子之和等于它本身的正整数.容易看出,最小的两个完美数是6和28.关于完美数,有以下难解之谜——
  1.究竟有多少个完美数?
  2500多年以来,经过历代数学家和数学爱好者的共同努力,到目前为止,一共找到了48个完美数,我们知道,完美数与所谓的梅森素数(形如2p-l的素数,其中p为素数)相伴而生.第48个梅森素数是257885161-1,它和相应的完美数各有17425170位和34850340位,这是迄今人们所知的最大的素数和最大的完美数.
  可是,依然无人知道,完美数的数目究竟是有限个,还是无穷多个.
  2.有没有奇完美数?
  到目前为止,人们发现的48个完美数均为偶数.会不会有奇完美数存在呢?即便借助强劲有力的计算机,现在也无人能够予以回答,人们只是知道,即使有奇完美数,这个数也是非常之大,并且需要满足一系列的苛刻的条件.
  早在18世纪,瑞士大数学家欧拉便证明了,若奇完美数存在,则它必具备形式
  N=pek2. ①
  其中,p是不整除k的素数,且p和e模4余1(即指p和e的差被4除后余1).由此不难推得,N也模4余1(即指被4除后余1).
  2007年,丹麦数学家Nielsen证明了,奇完美数至少要有9个不同的素因子和101个素因子;若它不包含3,则至少要有12个不同的素因子.
  2012年,法国数学家Ochem和俄罗斯数学家Rao证明了:如果奇完美数存在,那它必须大于10的1500次方.
  可是,这些结论离这个问题的解决仍很遥远!
  2000年,意大利数学家、伽利略奖和皮亚诺奖的获得者皮·奥迪弗雷迪出版了《20世纪的数学》一书,阐述了上个世纪曾取得重大突破的30个数学问题,并在最后提出了未解决的4个难题,其中首当其冲的便是“完美数问题”.另外3个难题是黎曼猜想、庞加莱猜想和P=NP问题.
  由于完美数问题难以攻克,人们很早就想到去研究它的推广,k阶完美数便是其中之一.
  偶完美数与梅森素数有一一对应的关系,因此寻找梅森素数也成了计算机领域里的一个引人瞩目的问题.找到大的梅森素数或完美数,是计算机最好的广告.不过,这两种数的无穷性堪称一个不朽的谜语.
  许多伟大的数论学家都曾试图找到完美数的推广,他们通常考虑添加一个正整数的系数,即:n的真因子之和=kn,此处k是正整数.满足上述条件的n称为k阶完美数.当k=l时,即为普通意义的完美数,这些数学家包括斐波那契、梅森、笛卡儿和费马,以及拉赫曼、卡米歇尔,他们有的没找到,有的找到了若干个解,但都是些零散的结果,难以归结为类似梅森素数那样的“无穷性”.
  第一个找到k阶完美数(k>l)的是英国数学家雷科德,他发现120是2阶完美数.那是在1557年,也即他发明等号“=”的同一年(是否同时不得而知).后来,梅森也找到了这个数.
  1+2+3+4+5+6+8+10+12+15+20+24+30+40+60=2×120.
  接着要轮到费马了,他发现672也是个2阶完美数.那是在1637年,即他提出费马大定理的同一年.Andre Jumeau找到了第三个2阶完美数523776.1643年,费马又找到了一个11位的2阶完美数,即
  51001180160.
  在此之前,梅森和笛卡儿于1638年曾分别找到一个9位数(459818240)和10位数(1476304896)的2阶完美数.
  这三位法国人还都找到过其他的k阶完美数,比如笛卡儿吧,这位“哲学家”找到了6个3阶完美数,即30240,32760,23569920,142990848 ,66433720320,403031236608和一个4阶完美数14182439040.1911年,卡米歇尔找到了第七个3阶完美数.
  虽然数学家们锲而不舍地寻找k阶完美数,但也没有找到一般性的规律.这可能是因为,被真因子之和整除的自然数少之又少!
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