Числа преследуют человека везде. Даже наше тело созвучно их миру - мы имеем определенное количество органов, зубов, волос и кожных клеток. Счет стал привычным, автоматическим действием, поэтому сложно представить, что когда-то люди не знали цифр. На самом деле история возникновения чисел прослеживается с самых древних времен.

Числа и первобытные люди

В какой-то момент человек ощутил большую потребность в счете. На это его

подтолкнула сама жизнь. Необходимо было каким-то образом организовывать племя, отправляя на охоту или собирательство только определенное количество человек. Поэтому для счета пользовались пальцами на руках. До сих пор есть племена, которые вместо цифры «5» показывают одну руку, а вместо десяти - две. С такого простого алгоритма счета и начала развиваться история возникновения чисел.

Простые числа

История возникновения чисел позволяет заметить, что люди довольно давно обнаружили разницу между нечетной и четной цифрой, а также различные взаимосвязи внутри самих числовых выражений. Немалый вклад в подобные
исследования внесли древние греки. Например, греческий ученый Эратосфен создал довольно легкий способ поиска простых чисел. Для этого он записывал нужное количество цифр по порядку, а потом начинал вычеркивать - сначала все числа, которые можно делить на два, потом - на три. В результате получался список цифр, которые ни на что не делятся, кроме единицы и себя самого. Этот метод был назван «решето Эратосфена» из-за того, что греки не вычеркивали, а выкалывали ненужные числа на табличках, покрытых воском.

Таким образом, история возникновения чисел - явление древнее и глубинное. По оценкам ученых, оно началось еще около 30 тысяч лет назад. За это время в жизни человека успело поменяться многое. Но и по сей день руководит нашим бытием.

Свойства простых чисел впервые начали изучать математики Древней Греции. Математики пифагорейской школы (500 - 300 до н.э.) в первую очередь интересовались мистическими и нумерологическими свойствами простых чисел. Они первыми пришли к идеям о совершенных и дружественных числах.

У совершенного числа сумма его собственных делителей равна ему самому. Например, собственные делители числа 6: 1, 2 и 3. 1 + 2 + 3 = 6. У числа 28 делители - это 1, 2, 4, 7 и 14. При этом, 1 + 2 + 4 + 7 + 14 = 28.

Числа называются дружественными, если сумма собственных делителей одного числа равна другому, и наоборот – например, 220 и 284. Можно сказать, что совершенное число является дружественным для самого себя.

Ко времени появления работы Евклида «Начала» в 300 году до н.э. уже было доказано несколько важных фактов касательно простых чисел. В книге IX «Начал» Эвклид доказал, что простых чисел бесконечное количество. Это, кстати, один из первых примеров использования доказательства от противного. Также он доказывает Основную теорему арифметики – каждое целое число можно представить единственным образом в виде произведения простых чисел.

Также он показал, что если число 2 n -1 является простым, то число 2 n-1 * (2 n -1) будет совершенным. Другой математик, Эйлер, в 1747 году сумел показать, что все чётные совершенные числа можно записать в таком виде. По сей день неизвестно, существуют ли нечётные совершенные числа.

В году 200 году до н.э. грек Эратосфен придумал алгоритм для поиска простых чисел под названием «Решето Эратосфена».

А затем случился большой перерыв в истории исследования простых чисел, связанный со Средними веками.

Следующие открытия были сделаны уже в начале 17-го века математиком Ферма. Он доказал гипотезу Альбера Жирара, что любое простое число вида 4n+1 можно записать уникальным образом в виде суммы двух квадратов, и также сформулировал теорему о том, что любое число можно представить в виде суммы четырёх квадратов.

Он разработал новый метод факторизации больших чисел, и продемонстрировал его на числе 2027651281 = 44021 ? 46061. Также он доказал Малую теорему Ферма: если p – простое число, то для любого целого a будет верно a p = a modulo p.

Это утверждение доказывает половину того, что было известно как «китайская гипотеза», и датируется 2000 годами ранее: целое n является простым тогда и только тогда, если 2 n -2 делится на n. Вторая часть гипотезы оказалась ложной – к примеру, 2 341 - 2 делится на 341, хотя число 341 составное: 341 = 31 ? 11.

Малая теорема Ферма послужила основой множества других результатов в теории чисел и методов проверки чисел на принадлежность к простым – многие из которых используются и по сей день.

Ферма много переписывался со своими современниками, в особенности с монахом по имени Марен Мерсенн. В одном из писем он высказал гипотезу о том, что числа вида 2 n +1 всегда будут простыми, если n является степенью двойки. Он проверил это для n = 1, 2, 4, 8 и 16, и был уверен, что в случае, когда n не является степенью двойки, число не обязательно получалось простым. Эти числа называются числами Ферма, и лишь через 100 лет Эйлер показал, что следующее число, 2 32 + 1 = 4294967297 делится на 641, и следовательно, не является простым.

Числа вида 2 n - 1 также служили предметом исследований, поскольку легко показать, что если n – составное, то и само число тоже составное. Эти числа называют числами Мерсенна, поскольку он активно их изучал.

Но не все числа вида 2 n - 1, где n – простое, являются простыми. К примеру, 2 11 - 1 = 2047 = 23 * 89. Впервые это обнаружили в 1536 году.

Многие годы числа такого вида давали математикам наибольшие известные простые числа. Что число M 19 , было доказано Катальди в 1588 году, и в течение 200 лет было наибольшим известным простым числом, пока Эйлер не доказал, что M 31 также простое. Этот рекорд продержался ещё сто лет, а затем Люкас показал, что M 127 - простое (а это уже число из 39 цифр), и после него исследования продолжились уже с появлением компьютеров.

В 1952 была доказана простота чисел M 521 , M 607 , M 1279 , M 2203 и M 2281 .

К 2005 году найдено 42 простых чисел Мерсенна. Наибольшее из них, M 25964951 , состоит из 7816230 цифр.

Работа Эйлера оказала огромное влияние на теорию чисел, в том числе и простых. Он расширил Малую теорему Ферма и ввёл?-функцию. Факторизовал 5-е число Ферма 2 32 +1, нашёл 60 пар дружественных чисел, и сформулировал (но не смог доказать) квадратичный закон взаимности.

Он первым ввёл методы математического анализа и разработал аналитическую теорию чисел. Он доказал, что не только гармонический ряд? (1/n), но и ряд вида

1/2 + 1/3 + 1/5 + 1/7 + 1/11 +…

Получаемый суммой величин, обратных к простым числам, также расходится. Сумма n членов гармонического ряда растёт примерно как log(n), а второй ряд расходится медленнее, как log[ log(n) ]. Это значит, что, например, сумма обратных величин ко всем найденным на сегодняшний день простым числам даст всего 4, хотя ряд всё равно расходится.

На первый взгляд кажется, что простые числа распределены среди целых довольно случайно. К примеру, среди 100 чисел, идущих прямо перед 10000000, встречается 9 простых, а среди 100 чисел, идущих сразу после этого значения – всего 2. Но на больших отрезках простые числа распределены достаточно равномерно. Лежандр и Гаусс занимались вопросами их распределения. Гаусс как-то рассказывал другу, что в любые свободные 15 минут он всегда подсчитывает количество простых в очередной 1000 чисел. К концу жизни он сосчитал все простые числа в промежутке до 3 миллионов. Лежандр и Гаусс одинаково вычислили, что для больших n плотность простых чисел составляет 1/log(n). Лежандр оценил количество простых чисел в промежутке от 1 до n, как

?(n) = n/(log(n) - 1.08366)

А Гаусс – как логарифмический интеграл

?(n) = ? 1/log(t) dt

С промежутком интегрирования от 2 до n.

Утверждение о плотности простых чисел 1/log(n) известно как Теорема о распределении простых чисел. Её пытались доказать в течение всего 19 века, а прогресса достигли Чебышёв и Риман. Они связали её с гипотезой Римана – по сию пору не доказанной гипотезой о распределении нулей дзета-функции Римана. Плотность простых чисел была одновременно доказана Адамаром и Валле-Пуссеном в 1896 году.

В теории простых чисел есть ещё множество нерешённых вопросов, некоторым из которых уже многие сотни лет:

• гипотеза о простых числах-близнецах – о бесконечном количестве пар простых чисел, отличающихся друг от друга на 2
• гипотеза Гольдбаха: любое чётное число, начиная с 4, можно представить в виде суммы двух простых чисел
• бесконечно ли количество простых чисел вида n 2 + 1 ?
• всегда ли можно найти простое число между n 2 and (n + 1) 2 ? (факт, что между n и 2n всегда есть простое число, было доказан Чебышёвым)
• бесконечно ли число простых чисел Ферма? есть ли вообще простые числа Ферма после 4-го?
• существует ли арифметическая прогрессия из последовательных простых чисел для любой заданной длины? например, для длины 4: 251, 257, 263, 269. Максимальная из найденных длина равна 26 .
• бесконечно ли число наборов из трёх последовательных простых чисел в арифметической прогрессии?
• n 2 - n + 41 – простое число для 0 ? n ? 40. Бесконечно ли количество таких простых чисел? Тот же вопрос для формулы n 2 - 79 n + 1601. Эти числа простые для 0 ? n ? 79.
• бесконечно ли количество простых чисел вида n# + 1? (n# - результат перемножения всех простых чисел, меньших n)
• бесконечно ли количество простых чисел вида n# -1 ?
• бесконечно ли количество простых чисел вида n! + 1?
• бесконечно ли количество простых чисел вида n! – 1?
• если p – простое, всегда ли 2 p -1 не содержит среди множителей квадратов простых чисел
• содержит ли последовательность Фибоначчи бесконечное количество простых чисел?

Самые большие близнецы среди простых чисел – это 2003663613 ? 2 195000 ± 1. Они состоят из 58711 цифр, и были найдены в 2007 году.

Самое большое факториальное простое число (вида n! ± 1) – это 147855! - 1. Оно состоит из 142891 цифр и было найдено в 2002.

Наибольшее праймориальное простое число (число вида n# ± 1) – это 1098133# + 1.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Простые числа - это целые числа больше единицы, которые не могут быть представлены как произведение двух меньших чисел. Таким образом, 6 - это не простое число, так как оно может быть представлено как произведение 2×3, а 5 - это простое число, потому что единственный способ представить его как произведение двух чисел - это 1×5 или 5×1. Если у вас есть несколько монет, но вы не можете расположить их все в форме прямоугольника, а можете только выстроить их в прямую линию, ваше число монет - это простое число.

Бесконечное число простых чисел

Некоторые считают, что простые числа не стоят глубокого изучения, но они имеют фундаментальное значение для математики. Каждое число может быть представлено уникальным способом в виде простых чисел, умноженных друг на друга. Это значит, что простые числа - это «атомы умножения», маленькие частички, из которых может быть построено что-то большое.

Так как простые числа - это строительные элементы целых чисел, которые получаются с помощью умножения, многие проблемы целых чисел могут быть сведены к проблемам простых чисел. Подобным образом некоторые задачи в химии могут быть решены с помощью атомного состава химических элементов, вовлеченных в систему. Таким образом, если бы существовало конечное число простых чисел, можно было бы просто проверить одно за другим на компьютере. Однако оказывается, что существует бесконечное множество простых чисел, которые на данный момент плохо понимают математики.

Греческий математик Евклид доказал, что существует бесконечное множество простых чисел. Если у вас есть определенное количество простых чисел, например p1,… pn, вы можете рассмотреть число p1×…×pn + 1, которое на единицу больше, чем все простые числа, умноженные друг на друга. Это число не может быть произведением любых чисел p1,… pn из вашего списка, но оно точно больше, чем 1. Так что все простые множители должны быть простыми числами, которых нет в вашем списке. Добавляя новые простые числа в ваш список и повторяя те же действия, вы всегда можете найти по крайней мере одно новое простое число. Поэтому должно существовать бесконечное множество простых чисел.

История изучений

Никто точно не знает, в каком обществе стали впервые рассматривать простые числа. Их изучают так давно, что у ученых нет записей тех времен. Есть предположения, что некоторые ранние цивилизации имели какое-то понимание простых чисел, но первым реальным доказательством этого являются египетские записи на папирусах, сделанные более 3500 лет назад.

Древние греки, скорее всего, были первыми, кто изучал простые числа как предмет научного интереса, и они считали, что простые числа важны для чисто абстрактной математики. Теорему Евклида по-прежнему изучают в школах, несмотря на то что ей уже больше 2000 лет.

После греков серьезное внимание простым числам снова уделили в XVII веке. С тех пор многие известные математики внесли важный вклад в наше понимание простых чисел. Пьер де Ферма совершил множество открытий и известен благодаря Великой теореме Ферма, 350-летней проблеме, связанной с простыми числами и решенной Эндрю Уайлсом в 1994 году. Леонард Эйлер доказал много теорем в XVIII веке, а в XIX веке большой прорыв был сделан благодаря Карлу Фридриху Гауссу, Пафнутию Чебышёву и Бернхарду Риману, особенно в отношении распределения простых чисел. Кульминацией всего этого стала до сих пор не решенная гипотеза Римана, которую часто называют важнейшей нерешенной задачей всей математики. Гипотеза Римана позволяет очень точно предсказать появление простых чисел, а также отчасти объясняет, почему они так трудно даются математикам.

Практические применения

У простых чисел существует огромное количество применений как в области математики, так и за ее пределами. Простые числа в наши дни используются практически ежедневно, хотя чаще всего люди об этом не подозревают. Простые числа представляют такое значение для ученых, поскольку они являются атомами умножения. Множество абстрактных проблем, касающихся умножения, можно было бы решить, если бы люди знали больше о простых числах. Математики часто разбивают одну проблему на несколько маленьких, и простые числа могли бы помочь в этом, если бы понимали их лучше.

Вне математики основные способы применения простых чисел связаны с компьютерами. Компьютеры хранят все данные в виде последовательности нулей и единиц, которая может быть выражена целым числом. Многие компьютерные программы перемножают числа, привязанные к данным. Это означает, что под самой поверхностью лежат простые числа. Когда человек совершает любые онлайн-покупки, он пользуется тем, что есть способы умножения чисел, которые сложно расшифровать хакеру, но легко покупателю. Это работает за счет того, что простые числа не имеют особенных характеристик - в противном случае злоумышленник мог бы получить данные банковской карты.

Поиск новых простых чисел

Один из способов нахождения простых чисел - это компьютерный поиск. Путем многократной проверки того, является ли число множителем 2, 3, 4 и так далее, можно легко определить, простое ли оно. Если оно не является множителем любого меньшего числа, оно простое. В действительности это очень трудоемкий способ выяснения того, является ли число простым. Однако существуют более эффективные пути это определить. Эффективность этих алгоритмов для каждого числа является результатом теоретического прорыва 2002 года.

Простых чисел достаточно много, поэтому если взять большое число и прибавить к нему единицу, то можно наткнуться на простое число. В действительности многие компьютерные программы полагаются на то, что простые числа не слишком трудно найти. Это значит, что, если вы наугад выберете число из 100 знаков, ваш компьютер найдет большее простое число за несколько секунд. Поскольку 100-значных простых чисел больше, чем атомов во Вселенной, то вполне вероятно, что никто не будет знать наверняка, что это число простое.

Как правило, математики не ищут отдельных простых чисел на компьютере, однако они очень заинтересованы в простых числах с особыми свойствами. Есть две известные проблемы: существует ли бесконечное количество простых чисел, которые на один больше, чем квадрат (например, это имеет значение в теории групп), и существует ли бесконечное количество пар простых чисел, отличающихся друг от друга на 2.

Тайны простых чисел

Несмотря на то, что простые числа изучаются уже более трех тысячелетий и имеют простое описание, о простых числах до сих пор известно на удивление мало. Например, математики знают, что единственной парой простых чисел, отличающихся на единицу, являются 2 и 3. Однако неизвестно, существует ли бесконечное количество пар простых чисел, отличающихся на 2. Предполагается, что существует, но это пока не доказано. Это проблема, которую можно объяснить ребенку школьного возраста, однако величайшие математические умы ломают над ней голову уже более 100 лет.

Многие из наиболее интересных вопросов о простых числах как с практической, так и с теоретической точки зрения заключаются в том, какое количество простых чисел имеет то или иное свойство. Ответ на самый простой вопрос - сколько есть простых чисел определенного размера - теоретически можно получить, решив гипотезу Римана. Дополнительный стимул доказать гипотезу Римана - приз размером в один миллион долларов, предложенный математическим институтом Клэя, равно как и почетное место среди самых выдающихся математиков всех времен.

Сейчас существуют неплохие способы предположить, каким будет правильный ответ на многие из этих вопросов. На данный момент догадки математиков проходят все численные эксперименты, и есть теоретические основания, чтобы на них полагаться. Однако для чистой математики и работы компьютерных алгоритмов чрезвычайно важно, чтобы эти догадки действительно были верными. Математики могут быть полностью удовлетворены, только имея неоспоримое доказательство.

Самым серьезным вызовом для практического применения является сложность нахождения всех простых множителей числа. Если взять число 15, можно быстро определить, что 15=5×3. Но если взять 1000-значное число, вычисление всех его простых множителей займет больше миллиарда лет даже у самого мощного суперкомпьютера в мире. Интернет-безопасность во многом зависит от сложности таких вычислений, потому для безопасности коммуникации важно знать, что кто-то не может просто взять и придумать быстрый способ найти простые множители.

Современные исследования

Несмотря на то, что эта тема стара и затрагивала многих известных математиков на протяжении всей истории, она по-прежнему актуальна. Ученые не знают, существует ли бесконечное количество пар таких простых чисел, как 3 и 5, отличающихся на 2. Это известная нерешенная проблема. Математик Итан Чжан сделал большой прорыв в отношении этой проблемы. В начале 2013 года ученые не знали, существует ли бесконечное количество пар простых чисел в пределах 1 квинтиллиона друг от друга или для любого числа, помимо 1 квинтиллиона, независимо от его величины. Благодаря теоретическим наработкам, основанным на работе Чжана, математики знают, что существует бесконечное количество простых чисел, отличающихся друг от друга не больше чем на 246. Число 246 гораздо больше двух, однако оно заметно меньше бесконечности.

Вместо того чтобы искать простые числа, находящиеся рядом, можно искать те из них, что находятся далеко друг от друга на числовой оси. Заметный теоретический прорыв в этой проблеме был сделан впервые за более чем 75 лет в начале 2014 года, когда исследователи из Математического института Оксфорда решили одну из проблем Эрдёша. Другие два интересных решения проблем Эрдёша, связанных с простыми числами, были сделаны Бобом Хафом и Теренсом Тао, чья работа была основана на еще одном прорыве, сделанном Каисой Матомаки и Максимом Раджвиллом в 2014 году. Харальд Гельфготт с Дэвидом Платтом наконец доказали слабую гипотезу Гольдбаха, доведя до кульминации сто лет различных находок. Математики привыкли к тому, что нужно ждать десять лет до достижения серьезного результата в области простых чисел, однако на этот раз получили полдюжины таких результатов за последние три года.

Простые числа в будущем

Сейчас невозможно сказать, как простые числа будут использоваться в будущем. Чистая математика (например, изучение простых чисел) неоднократно находила способы применения, которые могли показаться совершенно невероятными, когда теория впервые разрабатывалась. Снова и снова идеи, воспринимавшиеся как чудной академический интерес, непригодный в реальном мире, оказывались на удивление полезными для науки и техники. Годфри Харольд Харди, известный математик начала XX столетия, утверждал, что простые числа не имеют реального применения. Сорок лет спустя был открыт потенциал простых чисел для компьютерной коммуникации, и сейчас они жизненно необходимы для повседневного использования интернета.

Поскольку простые числа лежат в основе проблем, касающихся целых чисел, а целые числа постоянно встречаются в реальной жизни, простым числам найдется повсеместное применение в мире будущего. Это особенно актуально, учитывая, как интернет проникает в жизнь, а технологии и компьютеры играют большую роль, чем когда-либо раньше.

Существует мнение, что определенные аспекты теории чисел и простых чисел выходят далеко за рамки науки и компьютеров. В музыке простые числа объясняют, почему некоторые сложные ритмические рисунки долго повторяются. Это порой используется в современной классической музыке для достижения специфического звукового эффекта. Последовательность Фибоначчи постоянно встречается в природе, и есть гипотеза о том, что цикады эволюционировали таким образом, чтобы находиться в спячке в течение простого числа лет для получения эволюционного преимущества. Также предполагается, что передача простых чисел по радиоволнам была бы лучшим способом для попытки установления связи с инопланетными формами жизни, поскольку простые числа абсолютно независимы от любого представления о языке, но при этом достаточно сложны, чтобы их нельзя было спутать с результатом некоего в чистом виде физического природного процесса.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

города Абакана

«Средняя общеобразовательная школа № 19»

Математика

Простые числа-это просто

Лысова

Эльмира,

6 Б класс

Руководитель:

Быковская

Ирина Сергеевна,

учитель математики

КОД _____________________________

Математика

ПРОСТЫЕ ЧИСЛА - ЭТО ПРОСТО

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Введение

Глава 1. Простые числа

1.1. Определение простого числа.

1.2. Бесконечность ряда простых чисел.

1.3. Самое большое простое число.

1.4. Способы определения (поиска) простых чисел.

Глава 2. Применение теории простых чисел

2.1. Примеры некоторых утверждений теории простых чисел известных советских ученых.

2.2.Примеры ряда проблем в теории простых чисел.

2.3. Задачи прикладного характера (№1, №2)

2.4.Задачи на применение законов простых чисел(№3 №,4)

2 .5. Магические квадраты.

2.6.Применение закона простых чисел в различных областях

Заключение

Приложение

«В мире царит гармония,

и выражена эта гармония – в числах»

Пифагор.

ВВЕДЕНИЕ

Математика удивительна. Действительно, доводилось ли кому-либо видеть своими глазами число (не три дерева и не три яблока, а само число 3). С одной стороны, число есть вполне абстрактное понятие. Но, с другой стороны, всё, происходящее в мире, может быть в той или иной степени измерено, а значит, представлено в числах

На уроках математике при изучении темы «Простые и составные числа» меня заинтересовали простые числа, история их возникновения и способы получения. Я обратилась в библиотеку, интернет, где и приобрела нужную литературу. Хорошенько изучив её, я поняла, что существует очень много интересной информации о простых числах. Простые числа, которые были введены примерно две с половиной тысячи лет назад, а нашли неожиданное практическое применение совсем недавно. Узнала, что существуют Законы простых чисел, выраженные через формулу, но есть ряд проблем в теории чисел. Несмотря на то, что сейчас мы живем в век компьютеров и самых современных информационных программ, многие загадки простых чисел не решены до сих пор, есть даже такие, к которым ученые не знают, как подступиться. Знание открытых законов позволяет создать качественно новые решения во многих областях, интересуют как ученых, так и простых граждан. Тема заинтересовала и меня. Объектом исследования являются исключительно абстрактное понятие – простое число . Предметом изучения простого числа послужили: теория о простых числах, способы их задания, интересные открытия в этой области и их применение в практических целях.

Целью моей работы является расширение представлений о простых числах. Определила следующие задачи:

познакомиться с историей развития теории о простых числах,

сформировать общее представление о способах нахождения простых чисел,

узнать интересные достижений советских ученых в области теории простых чисел,

рассмотреть некоторые проблемы в теории простых чисел,

познакомиться с применения теории простых чисел в различных областях,

понять принцип выделения простых чисел из натурального ряда с помощью способа «Решето Эратосфена» в пределах до 100; 1000,

изучить применение простых чисел в задачах.

I . ПРОСТЫЕ ЧИСЛА

1. Понятие простого числа

Простые числа - одно из чудес математик. Один, два, три... С этими словами вступаем мы в страну чисел, она не имеет границ. С виду плоские, близкие числа при более близком знакомстве с ними опаляют нас своим внутренним жаром, обретают глубину.

С разложением чисел на множители мы знакомы с начальной школы. При отыскании общего знаменателя приходится разлагать на множители знаменатели слагаемых. Разлагать на множители приходится при сокращении дробей. Одно из основных утверждений арифметики гласит: каждое натуральное число единственным образом разлагается на простые множители.

72 = 2x2x2x3x3

1001 = 7 х 11 х 13

Разложение чисел на простые множители показывает, что всякое число является либо простым, либо произведением двух или нескольких простых чисел. Поэтому можно сказать, что простые числа являются составными элементами натуральных чисел, как бы кирпичами, из которых, при помощи действия умножения, составляются все целые числа.

Простым числом называется натуральное число, имеющее только два различных делителя (само число и 1).

Несколько любопытных фактов.

Число 1 не является простым числом и не составным.

Единственным четным числом, попавшим в группу «простые числа» является двойка. Любое другое четное число сюда попасть попросту не может, так как уже по определению, кроме себя и единицы, делится еще и на два.

Простые числа не появляются в натуральном ряду беспорядочно, как это может показаться на первый взгляд. Внимательно проанализировав их, можно сразу заметить несколько особенностей, наиболее любопытны числа - «близнецы»- простые числа, разность между которыми равна2 . Называют их так потому, что они оказались по соседству друг с другом, разделенные только четным числом (пять и семь, семнадцать и девятнадцать). Если внимательно к ним присмотреться, то можно заметить, что сумма этих чисел всегда кратна трем. Пары близнецов с общим элементомобразуют пары простых чисел - «двойников» (три и пять , пять и семь).

1. Бесконечность ряда простых чисел.

Издавна бросалась в глаза нерегулярность распределения простых чисел среди всех натуральных чисел. Было замечено, что по мере продвижения от малого числа к большему в натуральном ряду простые числа встречаются всё реже. Поэтому одним из первых вопросов был такой: существует ли последнее простое число, то есть, имеет ли ряд простых чисел конец? Около 300 лет до нашей эры на этот вопрос дал отрицательный ответ знаменитый древнегреческий математик Евклид. Он доказал, что за каждым простым числом имеется, ещё большее простое число, то есть, существует бесчисленное множество простых чисел.

Самое старое известное доказательство этого факта было дано в « » (книга IX, утверждение 20).

Представим, что количество простых чисел конечно. Перемножим их и прибавим единицу. Полученное число не делится ни на одно из конечного набора простых чисел, потому что остаток от деления на любое из них даёт единицу. Значит, число должно делиться на некоторое простое число, не включённое в этот набор.

Итак, нельзя принять, что ряд простых чисел конечен: предположение это приводит к противоречию. Таким образом, какую бы длинную серию последовательности составных чисел мы не встретили в ряду натуральных чисел, мы можем быть убеждены в том, что за нею найдется ещё бесконечное большее число.

Математики предлагали и другие доказательства.

1.3.Самое большое простое число.

Одно дело быть уверенным в том, что существуют какие угодно большие простые числа, а другое дело - знать, какие числа являются простыми. Чем больше натуральное число, тем больше вычислений надо провести, чтобы узнать, является ли оно простым или нет.

Издавна ведутся записи, отмечающие наибольшие известные на то время простые числа. Один из рекордов поставил в своё время Эйлер в ХVIII столетии, он нашел простое число 2147483647.

Наибольшим известным простым число-рекордсмен по состоянию на июнь 2009 года является 2 в степени 43112609 – 1 (открыл Купера из Университета Центрального Миссури в СШ А). Оно содержит 12 978 189 и является простым . Благодаря этому ученому простые числа Мерсенна давно удерживают рекорд как самые большие известные простые. Чтобы их определить, потребовалось 75 мощных компьютеров.

Числа вида: 2 в степени n минус 1 , где n тоже простое число, относятся к числам Мерсенна . Купера сделал новое математическое открытие в 2013 г.. Ему удалось найти самое длинное простое число в мире. Записано оно следующим образом – 2 в степени 57885161 - 1. Число содержит более 17 миллионов цифр. Для того чтобы распечатать его на бумаге понадобится более 13 тысяч страниц формата А4.
Теперь новый рекорд в классе простых чисел Мерсенна записывается как 2 в степени 57885161 - 1 , в нём 17425170 цифр. Открытие нового рекордсмена принес Куперу денежный приз в размере 3 тысяч долларов

Фонд Электронных Рубежей также обещает наградить 150 и 250 тысячами долларов США людей, которые представят миру простые числа, состоящие из 100 миллионов и миллиарда символов

1. Способы определения (поиска) простых чисел.

а) Решето Эратосфена.

Существуют различные способы поиска простых чисел. Первый, кто занимался задачей «выписать из множества натуральных чисел простые», был великий греческий математик древности Эратосфен, живший почти 2 300 лет назад. Он придумал такой способ: записал все числа от единицы до какого-то числа, а потом вычеркнул единицу, которая не является ни простым, ни составным числом, затем вычеркивал через одно все числа, идущие после 2 (числа, кратные двум, т.е. 4,6,8 и т.д.). Первым оставшимся числом после 2 было 3. Далее вычеркивались через два все числа, идущие после трех (числа, кратные 3, т.е. 6, 9, 12, и т.д.), в конце концов оставались не вычеркнутыми только простые числа: 2, 3, 5, 7, 11, 13,….

Таким образом, Эратосфен изобрёл способ, посредством которого можно отсеять все простые числа от 1 до некоторого определённого числа путем вычленения всех чисел кратных каждому простому числу. Этот способ называется «Решето Эратосфена». - самый простой способ нахождения начального списка простых чисел вплоть до некоторого значения.

Греки делали записи на покрытых воском табличках или на папирусе, а числа не вычёркивали, а выкалывали иглой, то таблица в конце вычислений напоминала решето.

Возможно, ли распознать простое число, как говорится, с первого взгляда? Если зачерпнуть в сито сразу много чисел, сверкнет ли среди них простое, как золотой самородок? Некоторые считают, что да. Например, числа, оканчивающиеся на 1, часто оказываются искомыми, скажем, такие как 11, 31, 41. Однако при этом следует быть осторожным и не принять фальшивое золото за чистое, как, скажем, 21 или 81. По мере роста величины чисел, единица на конце все чаще вводит нас в заблуждение. Создается даже впечатление будто простые числа, в конце концов, просто исчезают, как полагали некоторые древние греки.

б) Составление таблиц способом «Решета Эратосфена»

а) Решето Эратосфена, как теоретический метод исследования, в теории чисел был введен в 1920 году Норвежским математиком В.Бруном. Используя этот способ, ученые составили таблицы простых чисел между 1 и 12 000 000

Истинным героем в составлении таблицы простых чисел является профессор Чешского университета в Праге Якуб Филип Кулик (1793-1863).

Он, не имея никаких видов на печатание своего труда, составил таблицу делителей чиселпервых ста миллионов , точнее чисел до 100 320 201 , и поместил её в библиотеке Венской Академии наук для пользования работающими в этой области.

Мы на уроках математики пользуемся таблицей, приведенной на форзаце учебника в пределах 1000.

в) Составление таблиц с помощью вычислительной техники

Внедрение средств вычислительной техники в теоретическую и прикладную математику существенно облегчило решение задач, связанных с трудоёмкими расчётами.

В память достаточно сложных компьютеров можно заложить табличные данные любого объёма, однако такими возможностями пока ещё не обладают калькуляторы индивидуального пользования. Поэтому над проблемами составления компактных и удобных таблиц, предназначенных, в частности, для анализа чисел, продолжают работать специалисты-математики.

Применение для этой цели вычислительных машин позволило сделать весьма существенный шаг вперёд. Например, современная таблица чисел, для составления которой была привлечена вычислительная техника, охватывает числа до 10 000 000 . Это довольно объёмистая книга.

На практике вместо получения списка простых чисел зачастую требуется проверить, является ли данное число простым. Алгоритмы, решающие эту задачу, называются .

Использование специализированных алгоритмов по определению простоты числа (является ли число простым?) позволяет осуществить поиски простого числа в заданных пределах натурального ряда чисел.

д) Открытие века – Закон простыхчисел

Еще в глубокой древности ученых интересовал вопрос о том, по какому закону расположены в натуральном ряду простые числа. Русский Пифагор – Владимир Хренов – своим открытием Закона простых чисел произвел шок в научном мире. Этот закон не только возвращает математику в правильное русло, но и объясняет многие законы природы с точки зрения истинного познания мира. Русский гений, Владимир Хренов сделал научное открытие , которое переворачивает существующее представление о времени и пространстве , что простые числа - это не хаос .

Простые числа получаются по формуле: «6Х плюс-минус 1» , где Х любое натуральное число.

13=6 *2-1; 13=6 *2-1; 19=6 *3+1; 31=6 *5+1;

Открытие было сделано 30 апреля 2000 года. Это была юбилейная Пасха Воскресения Христа. Знаменательная дата. В этот день открылась истинная модель реального пространства и времени. 7 января 2001 года был описан закон простых чисел, а вместе с ним – закономерности формирования всех чисел натурального ряда. Так вот, после открытия закона простых чисел стало понятно, что е диница – эталон пространства, шесть – эталон времени, а в совокупности два эталона пространства и времени творят все многообразие природы и являются вечной первопричиной всего . Теперь, после открытия Закона простых чисел, стало ясно, что они образуются научное обоснование магии числа 7. Данный закон имеет не только колоссальное мировоззренческое, но позволяет создавать технологии защиты информации нового поколения, основанные на данной теории. Для создания нового нужно новое простое число. Вот почему математикам, открывшим его, выплачивают такие огромные суммы.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПРОСТЫХ ЧИСЕЛ

1. Примеры некоторых утверждений теории простых известных советских ученых по теории простых чисел.

Хотя со времени Евклида прошло более двух тысяч лет, к его теории ничего нового не добавилось. Простые числа в натуральном ряду располагаются чрезвычайно прихотливо. Однако, существует огромное количество загадок, связанных с простыми числами.

Большие заслуги в области изучения простых чисел принадлежат русским и советским математикам. Меня заинтересовали простые и в то же время удивительные утверждения, которые доказали в этой области известные советские ученые. Я их рассмотрела и привела ряд примеров, подтверждающих истину высказываний.

П.Л.Чебышев (1821-1894) доказал, что между любым натуральным числом больше 1, и числом вдвое больше данного, всегда имеется хотя бы одно простое число.

Рассмотрим следующие пары простых чисел, удовлетворяющих этому условию.

Примеры:

и 4 - простое число 3.

и 6 - простое число 5.

10 и 20 -простые числа 11; 13; 17; 19.
5 и 10 - простое число 7.

7 и 14 - простые числа 11; 13.

11 и 22 - простые числа 13; 17; 19.

Вывод : действительно, между любым натуральным числом больше 1 и числом вдвое больше данного, имеется хотя бы одно простое число.

Христиан Гольдбак, член Петербургской академии наук, почти 250 лет назад высказал предложение, что любое нечетное число больше 5, можно представить в виде суммы трех простых чисел.

Примеры:

21 = 3 + 7 + 11,

37 = 17 + 13 + 7,

23= 5 + 7 + 11,

29= 11 + 13 + 5,

Виноградов ИМ. (1891-1983), советский математик, доказал это предложение лишь 200 лет спустя.

7 = 2 + 2 + 3, 15 = 3 + 5 + 7 = 5 + 5 + 5,

9 = 3+3 + 3, 20 = 7 + 11 + 2.

Но утверждение « Любое четное чисто, больше 2, можно представить в виде суммы двух простых чисел » до сих пор не доказано.

Примеры:

28= 11 + 17, 924 = 311 + 613,

56= 19 + 37, 102 = 59 + 43.

2.2 Примеры ряда проблем в теории простых чисел.

Проблема отсутствия закономерностей распределения простых чисел занимает умы человечества еще со времен древнегреческих математиков. Благодаря Евклиду мы знаем, что простых чисел бесконечно много. Эрастофен, Сундарам предложили первые алгоритмы тестирования чисел на простоту. Эйлер, Ферма, Лежандр и многие другие известные математики пытались и пытаются по сей день разгадать загадку простых чисел. На сегодняшний момент найдено и предложено множество изящных алгоритмов, закономерностей, но все они применимы лишь для конечного ряда простых чисел или простых чисел специального вида. Передним же краем науки в исследованиях простых чисел на бесконечности считается доказательство . Она входит , за доказательство или опровержение которой математическим институтом Клэя предложена премия в 1.000.000 $.

Наиболее известные проблемы простых чисел были перечислены на Пятом . Сегодня ученые говорят о 23 проблемах.

Мне удалось рассмотреть 4 из них, привести ряд примеров по каждой проблеме.

Первая проблема Ландау (проблема Гольдбаха):

доказать или опровергнуть:

Каждое чётное число, большее двух, может быть представлено в виде суммы двух простых чисел, а каждое нечётное число, большее 5, может быть представлено в виде суммы трёх простых чисел.

Примеры:

8 = 3+5,

12 = 5+7,

16=13 +3, 17= 11+3+3,

24=19+5, 21=11+7+3

50 = 13+37

Вторая проблема Ландау (проблема Гольдбаха) :

бесконечно ли множество «простых близнецов» - простых чисел, разность между которыми равна 2?

а) Определила следующие числа «близнецы»:

3 и 5; 5 и 7; 7 и 9; 11 и 13, 17 и 19; 41 и 43;

б). Пары близнецов состоят из двойников с общим элементом. Мне удалось найти следующие пары близнецов - «двойников»

Решение:

(3, 5) и (5, 7);

Известно, что простых чисел бесконечно много. Но никто не знает, конечно, или бесконечно множество пар близнецов.

Третья проблема Ландау (гипотеза )

верно ли, что между числами вида n2 и (n + 1)2 всегда найдётся простое число?( n – нечетное число)

Решение:

а) при n =3, получим 6 и 8, между ними простое число 7.

б) при n =5, получим 10 и 12, между ними простое число 11.

в) при n =9, получим 18 и 20, между ними простое число 19.

4.Четвёртая проблема Ландау:

бесконечно ли множество простых чисел вида n2 + 1?

Решение:

при n =1, то имеем 3; при n =2, то имеем 5; при n =3, то имеем 7

при n =5, то имеем 11, при n =6 то имеем 13; при n =8, то имеем 17 и т.д.

2.3. Задачи прикладного характера

Задача 1. С помощью решета Эратосфена определите сколько простых чисел находится от 1 до 100.

Решение:

Для этого выпишем все числа от 1 до 100 вряд. .

Будем вычеркивать числа, которые не являются простыми. Вычеркнем 1,так как это не простое число. Первое простое число 2.

Подчеркнем его и вычеркнем все числа кратные 2, то есть числа 4, 6, 8... 100 следующее простое число 3. Подчеркнём его и вычеркнем числа кратные 3, которые остались не вычеркнутыми, то есть числа 9 ? 15, 21 ... 99. Затем подчеркнем простое число 5 и вычеркнем все числа кратные 5. Числа 25...95. И так далее, пока не останется одно простое число 97.

Вывод: Между 1 и 100 находится 25 простых чисел, то есть числа 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97. (Приложение 1)

Задача 2. Чтобы получить список простых чисел, меньше 1000 надо «отсеять» числа, которые делятся на 2, 3, 5, 7, 11 … На каком числе при этом можно остановиться?

Решение:

Используя метод Эратосфена, мной была проведена аналогичная

работа по отсеиванию составных чисел в пределах до 1000.

Вывод: чтобы получить простые чисел до 1000 можно остановиться на простом числе 31 (вычеркнуть числа кратные 31). (Приложение 2)

2.4.Задачи на применение законов простых чисел

Задача 3. Как с помощью двух проверок показать, что число 19 – простое?

Решение представлено в приложении 3.

Задача 4. Как с помощью трёх проверок показать, что число 47 – простое?

Решение представлено в приложении 4.

2.5 Магические квадраты .

Простым числам посвящено множество занимательных математических задач в применении квадратных матриц – магических квадратов, у которых суммирование элементов по любой строке, любому столбцу и двум главным диагоналям дает одно и то же число.

Первый из них была придуман Генри Эрнестом Дьюдни, известным английским специалистом по головоломкам.

Существуют ли магические квадраты, состоящие только из простых чисел? Оказывается, да.

Я изучила магические квадраты размером 3х3, 4х4., 6х6.Определила сумму вдоль каждой строки, каждого столбца и каждой главной диагонали каждого из этих квадратов. Решение представлено в приложении 5.

вдоль каждой строки, каждого столбца и каждой главной диагонали. привожу примеры квадратов, с матрицей 3х3, 4х4, 6х6.

1

67

43

37

13

61

73

31

7

3

61

19

37

43

31

5

41

7

11

73

29

67

17

23

13

3

1

3

9

9

1

9

8

3

9

2

9

1

6

4

3

1

2

5

1

7

4

7

1

7

1

5

9

7

1

9

3

7

3

3

9

Вывод :

1.Магический квадрат 1 размером 3х3 имеет сумму 111 (между прочим, тоже не простое число)

2. Магический квадрат 2 размером 4х4 имеет сумму?

3. Магический квадрат 3 размером 6х6 имеет сумму?

3.4. Применение закона простых чисел в различных областях.

Простые числа являются не только объектом пристального рассмотрения со стороны математиков всего мира, но уже давно и успешно используются в составлении различных рядов чисел, что является основой, в том числе, для шифрографии. Знание законов позволило дать такие запатентованные технические решения защиты передачи информации, которые на существующем математическом базисе считались просто невозможными. Простые числа необходимы для создания шифров. Рано или поздно всякий шифр рассекречивается.

Здесь ученые обращаются к одному из важнейших разделов информатики – к криптографии . Если так трудно найти следующее простое число, то где и для чего эти числа можно использовать на практике?» Наиболее распространенным примером использования простых чисел является применение их в криптографии (шифровании данных). Самые безопасные и трудно дешифруемые методы криптографии основаны на применении простых чисел, имеющих в составе более трех сотен цифр.

Я попробовала проиллюстрировать проблему, с которой сталкивается дешифровщик для расшифровки некоего пароля. Допустим, паролем является один из делителей составного числа, а дешифровщиком выступает человек. Возьмем число из первого десятка, например, 8. Каждый (я надеюсь) человек способен в уме разложить число 8 на простые множители – 8=2*2*2. Усложним задачу: возьмем число из первой сотни, например, 111. В этом случае 111 быстро разложат в уме на множители люди, знающие признаки делимости числа на 3 (если сумма цифр числа кратна 3, то данное число делится на 3), и действительно - 111=3*37. Усложняя задачу, возьмем число из первой тысячи, например 1207. Человеку (без использования машинной обработки) потребуется, как минимум, бумага и ручка, для того чтобы перепробовать деление числа 1207 на «все» предшествующие этому числу простые числа. И только перебрав последовательно деление 1207 на все простые числа от 2 до 17 человек, наконец то, получит второй целый делитель данного числа – 71. Однако и 71 необходимо так же проверить на простоту.

Становится понятно, что с увеличением разрядности чисел, например, пятизначного числа - 10001, разложение (в нашем примере дешифровка пароля) без машинной обработки займет большое количество времени. Современный этап развития компьютерной техники (доступный рядовому пользователю) позволяет за считанные секунды раскладывать на множители числа, состоящие из шестидесяти цифр.

Задумайтесь, сколько жизней должен прожить человек, чтобы разложить данное число на простые множители без помощи машин!

На сегодняшний день разложить числа, состоящие из тысячи и более цифр, за соизмеримое с человеческой жизнью время, способны только ! Именно с их помощью ученные находят все новые и новые, , простые числа.

Я узнала, что знание открытых законов позволит создать качественно новые решения в следующих областях:

Сверх защищённая операционная система для банков и корпораций.

Система борьбы с контрафактной продукцией и поддельными денежными знаками.

Система дистанционной идентификации и борьбы с угонами автотранспорта.

Система борьбы с распространением компьютерных вирусов.

Компьютеры нового поколения на нелинейной системе счисления природы.

Математико-биологическое обоснование теории гармонии восприятий.

Математический аппарат для нано – технологий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе работы над данной темой мне удалось расширить представление о простых числах по следующим направлениям:

изучила интересные стороны развития теории простых чисел, познакомилась с новыми достижениями ученых доступные для моего понимания в этой области и практическом ее применении,

сформировала общее представление о способах нахождения простых чисел, освоила принцип выделения простых чисел из натурального ряда с помощью способа «Решето Эратосфена» в пределах до 100; 1000,

изучила применение теории простых чисел в задачах,

познакомилась с применением теории простых чисел в различных областях.

В ходе написания работы мне удалось освоить два способа получения ряда простых чисел:

практический способ – отсеивание (решето Эратосфена),

аналитический способ – работа с формулой (закон простых чисел).

В рамках исследования:

сделала самостоятельно проверку ряда математических утверждений путем подстановки значений, получив верные математические выражения,

определила ряд чисел «Двойники» и «Близнецы»,

составила ряд числовых выражений, обозначенных в проблемах Ландау,

проверила, что квадраты с матрицей 3х3, 4х4., 6х6 магические,

решила две задачи двумя способами на применение закона простых чисел и утверждений.

В процессе работы над темой я убедилась в том, что простые числа остаются существами, всегда готовыми ускользнуть от исследователя. Простые числа есть «сырой материал» из которого формируется арифметика, и что существуют неограниченные запасы этого материала.

Меня заинтересовали специалисты в области криптографии, которые с недавних пор пользуются известным спросом в секретных организациях. Именно они находят все новые и новые большие простые числа для постоянного обновления списка возможных ключей и стараются выявить все новые закономерности в распределении простых чисел. Простые числа и криптография - это моя дальнейшая тема по изучению теории простых чисел.

Считаю, что работа может быть использована на во внеурочной деятельности, на факультативных занятиях учащихся 6-7 классов, как дополнительный материал к урокам математики в 6 классе при подготовке сообщений по теме. Тема исследования очень интересна, актуальна, не имеет границ изучения, должна вызвать широкий интерес у учащихся.

Библиографический список

// . - 1975. - № 5. - С. 5-13.

Н. Карпушина. // . - 2010. - № 5.

Энрике Грасиан - "Простые числа. Долгая дорога к бесконечности" серия "Мир математики" том.3 Де Агостини 148с, 2014