数论:数学中的女皇

作者: 超模君

来源: 超级数学建模

发布日期: 2017-12-14 10:25:29

数论是一个神奇的学科,对于小学生而言简单易懂,对于数学大家们则复杂神秘。数论的起源可以追溯到古希腊时期的毕达哥拉斯,他研究了正整数的性质。欧几里得在《几何原本》中严密化了数论的研究。丢番图的《算术》开启了不定方程的研究。费马提出了著名的费马大小定理。高斯将数论扩展到复整数领域,库默尔和戴德金发展了代数数论。解析数论由欧拉和黎曼奠基,阿达马和瓦莱普桑证明了素数定理。中国数学家如杨武之、华罗庚、王元和陈景润在解析数论上有重要贡献。

今天,超模君来讲一个被模友们反复提起、墙裂要求科普的学科——数论。说起数论,这是一个很神奇的学科——因为它的内涵会因不同的人而变得简单或复杂。对于小学生而言,数论就是整数、小数、分数和加减乘除,理解起来不费吹灰之力。对于数学大家们而言,数论却是诸如费马定理、哥德巴赫猜想、黎曼猜想等复杂而神秘的问题。一个不小心,到死也不知道答案。

数论的起源,要追溯到古希腊时期。

那时人们在拥有“数”的概念之后,自然而然地就会接触到一些“数”的性质。而第一个研究这些“数”的性质的学者,是古希腊一位著名的哲学家——毕达哥拉斯。毕达哥拉斯和他的学派秉承着“万物皆数”的哲学思想,为了研究眼前的世界,他们精力都放到了对正整数的研究上。他们将正整数分为奇数和偶数,研究了奇偶数之间四则运算的规律,还提出了“亲和数”、“完全数”等概念,并给出了“220”和“284”这对亲和数。

欧几里得是毕达哥拉斯之后,把对正整数的研究继续往前推进的古希腊学者。在自己的著作《几何原本》中,欧几里得首次给出了因数、倍数、素数、互素等基本概念的精确定义,并对所得到的结论进行了详细的证明,从而使数论的研究严密化。《几何原本》中,欧几里得提出了一些很重要的量化定理,比如说“完全数定理”:如果2^n-1是素数,那么2^(n-1)·(2^n-1)是完全数。

丢番图为初等数论开拓了一片新领域——不定方程问题。所谓不定方程,是指未知数的个数多于方程个数,且未知数受到某些限制的方程或方程组。丢番图将自己的研究写成了一本书——《算术》,而这本书也开启了中世纪的初等数论研究。

费马对于初等数论的研究兼有欧几里得和丢番图的影子。他一生提出了形形色色的定理,最著名的莫过于“费马大小定理”:费马小定理:如果p是素数,a与p互素,那么a^p-a可以被p整除。费马大定理:方程x^n+y^n=z^n对于任意大于2的自然数n无整数解。

高斯打破了初等数论的困境,将数论带到了一个更广阔的天地——复整数中来。在高斯之后,库默尔和戴德金将高斯的研究成果成功地推广为一个全新的数论——代数数论。在代数数论中,研究的对象从正整数变成了代数整数。

解析数论的源头,可以上溯到欧拉。早在1737年的时候,欧拉在研究无穷级数和无穷乘积的收敛性时,发现对于大于1的实数s,有等式:其中无穷乘积中p是所有素数。这个等式揭示了素数p和自然数n之间的积性关系,也就是欧几里得所曾经证明过的,而且如果令s=1,则可以得出素数是无限多个的结论。这是数论第一次与解析形式相关联起来的例子。

黎曼的论文,让解析数论开始了迅猛的发展。1896年,阿达马和瓦莱普桑,根据黎曼的方法与结果,应用整函数理论,成功地证明了素数定理,让解析数论成为了二十世纪最活跃的数论分支之一。

解析数论在中国的发展也是极为迅猛。从最早的杨武之先生,到后来的华罗庚先生,王元先生以及陈景润先生,都在解析数论上有非常卓越的贡献。单讲陈景润先生,他对于{1,2}的证明,就是运用解析数论的方法来完成的,是目前世界上最好的证明结果。

UUID: 4a5448b7-c31f-49a0-9e72-90bb376e8589

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院物理所公众号-pdf2txt/2017/中科院物理所_2017-12-14_「转」它是“数学中的女皇”,既简单得小学生都懂,又难倒无数天才.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0069 元