摘取數(shù)學(xué)皇冠上的明珠——陳景潤
哥德巴赫是一個德國數(shù)學(xué)家,生于1690年,從1725年起當(dāng)選為俄國彼得堡科學(xué)院院士。在彼得堡,哥德巴赫結(jié)識了大數(shù)學(xué)家歐拉,兩人書信交往達(dá)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(shù)學(xué)史上一則膾炙人口的佳話。
有一次,哥德巴赫研究一個數(shù)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(fā)現(xiàn):等式左邊都是兩個質(zhì)數(shù)的和,右邊都是偶數(shù)。于是他猜想:任意兩個奇質(zhì)數(shù)的和是偶數(shù),這當(dāng)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,他特別善于聯(lián)想,善于換個角度看問題。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,……
這說明什么?哥德巴赫自問,然后自答:從左向右看,就是6~22這些偶數(shù),每一個數(shù)都能“分拆”成兩個奇質(zhì)數(shù)之和。在一般情況下也對嗎?他又動手繼續(xù)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(shù)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.
這么多實例都說明偶數(shù)可以(至少可用一種方法)分拆成兩個奇質(zhì)數(shù)之和。在一般情況下對嗎?他想說:對!于是他企圖找到一個證明,幾經(jīng)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。
于是,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(shù)是兩個質(zhì)數(shù)之和;
(2)每一個奇數(shù)或者是一個質(zhì)數(shù),或者是三個質(zhì)數(shù)之和。
(注意,由于哥德巴赫把“1”也當(dāng)成質(zhì)數(shù),所以他認(rèn)為2=1+1,4=1+3也符合要求,歐拉在復(fù)信中糾正了他的說法。)
同年6月30日,歐拉復(fù)信說,“任何大于(或等于)6的偶數(shù)都是兩個奇質(zhì)數(shù)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(shù)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(shù)學(xué)家的注意。
人們稱這個猜想為哥德巴赫猜想,并比喻說,如果說數(shù)學(xué)是科學(xué)的皇后,那么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(shù)學(xué)家付出了巨大的艱苦勞動。
1920年,挪威數(shù)學(xué)家布朗創(chuàng)造了一種新的“篩法”,證明了每一個充分大的偶數(shù)都可以表示成兩個數(shù)的和,而這兩個數(shù)又分別可以表示為不超過9個質(zhì)因數(shù)的乘積。我們不妨把這 個命題簡稱為“9+9”。
這是一個轉(zhuǎn)折點。沿著布朗開創(chuàng)的路子,932年數(shù)學(xué)家證明了“6+6”。1957年,我國數(shù)學(xué)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(shù)都不能確定為質(zhì)數(shù),于是數(shù)學(xué)家們又想出了一條新路,即證明“1+C”。1962年,我國數(shù)學(xué)家潘承洞和另一位蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家,各自獨立地證明了“1+5”,使問題推進(jìn)了一大步。
1966年至1973年,陳景潤經(jīng)過多年廢寢忘食,嘔心瀝血的研究,終于證明了“1+2”:對于每一個充分大的偶數(shù),一定可以表示成一個質(zhì)數(shù)及一個不超過兩個質(zhì)數(shù)的乘積的和。即 偶數(shù)=質(zhì)數(shù)+質(zhì)數(shù)×質(zhì)數(shù)。
你看,陳景潤的這個結(jié)果,離哥德巴赫猜想的最后解決只有一步之遙了!人們稱贊“陳氏定理”是“輝煌的定理”,是運用“篩法”的“光輝頂點”。
韓信點兵
韓信是我國漢代著名的大將,曾經(jīng)統(tǒng)率過千軍萬馬,他對手下士兵的數(shù)目了如指掌。他統(tǒng)計士兵數(shù)目有個獨特的方法,后人稱為“韓信點兵”。他的 方法是這樣的,部隊集合齊后,他讓士兵1、2、3--1、2、3、4、5--1、2、3、4、5、6、7地報三次數(shù),然后把每次的余數(shù)再報告給他,他便知道部隊的實際人數(shù)和缺席人數(shù)。他的這種計算方法歷史上還稱為“鬼谷算”,“隔墻算”,“剪管術(shù)”,外國人則叫“中國剩余定理”。有人用一首詩概括了這個問題的解法:三人同行七十稀,五樹梅花廿一枝,七子團(tuán)圓月正半,除百零五便得知。這意思就是,第一次余數(shù)乘以70,第二次余數(shù)乘以21,第三次余數(shù)乘以15,把這三次運算的結(jié)果加起來,再除以105,所得的除不盡的余數(shù)便是所求之?dāng)?shù)(即總數(shù))。例如,如果3個3個地報數(shù)余1,5個5個地報數(shù)余2,7個7個地報數(shù)余3,則總數(shù)為52。算式如下:
1×70+2×21+3×15=157
157÷105=1……52
下邊給同學(xué)們出一道題,請用“韓信點兵法”算一算。
小紅暑假期間幫著張二嬸放鴨子,她總也數(shù)不清一共有多少只鴨子。她先 是3只3只地數(shù),結(jié)果剩3只;她又5只5只地數(shù),結(jié)果剩4只;她又7個7個地數(shù)了一遍,結(jié)果剩6只。她算來算去還是算不清一共有多少只鴨子。請你幫著小紅算一下,張二嬸一共喂著多少只鴨子?