我最早见识费马数的知识,是在1991年,其时正当高一,表叔汤芦保先生正在教高三数学,在他家借书,书柜里有一本数论教材《熊全淹·初等整数论》,后来据为己有了。(sorry)
假期,把那本啃个大半。
后来,荆师(今属长江大学)图书馆有一次卖书,购得闽嗣鹤·严士健《初等数论》,对照阅读,发现熊全淹先生的那本书有70%可与闽·严的书归并。又参照在监利新华书店获得的《梁宗巨·一万个世界之谜》,及从一位数学系校友张??获赠的《洪伯阳·数学宝山上的明珠》,几本书中均讲到了费马数的研究现状。
将它们作了些归并。后来在深圳打工期间,再参照深圳图书馆的一些数学资料,手工归并整理了些。
现在看来,很多东西,全是在做无用功。利用数学软件,或者对网页进行整理,比对实体书进行笔记整理,有效得多。另外,那些书上的资料罗列的细节,也全可以略去。
下面是一个较全的网页,但还不是源网页,没有公式图片。
下面是据百度百科、以上资料、结合个人相关答题整理,精简并改正其中的错误:
考虑形如2^m+1的素数,易知其中m必须形如2^n。
法国数学家(Fermat,也译作费尔马)于1640年检验了:
F0=2^(2^0)+1=3
F1=2^(2^1)+1=5
F2=2^(2^2)+1=17
F3=2^(2^3)+1=257
F4=2^(2^4)+1=65537
F5=2^(2^5)+1=4294967297(1732年,算出F5=641×6700417)
注:=(5×2^7+1)×(3×17449×2^7+1)
前5个:F0,F1,F2,F3,F4是,第6个数(F5)实在太大了,费马认为是质数。由此提出(费马没给出证明),形如Fn=2^(2^n)+1 的数都是质数的猜想。后来人们就把形如2^(2^n)+1的数叫费马数。
我们用两种途径来证明F5=2^(2^5)+1==0 mod 641。
证明一:(我的方法,很简洁)只须证2^(2^5)==2^32==-1 mod 641.
(以下记ax==b mod m为x==b/a mod m,这是洪伯阳记法,很好用)
2^6=64==-1/10 mod 641,故2^7==-1/5,(2^7)^4==1/625==-1/16,从而2^32==-1.毕。
写成一般的形式:
2^6=64mod 641,故5*2^7==640==-1,1==(5*2^7)^4==(625)*2^28==-16*2^28=-2^32,从而2^32==-1.毕。
证明二:参见《熊全淹·初等整数论》或《谈祥柏·数:上帝的宠儿》或《洪伯阳·数学宝山上的明珠》,方法很噜嗦,略。
以后,人们又陆续找到了不少反例:
F6=2^(2^6)+1=274177×67280421310721
F7 = 59649589127497217 × 5704689200685129054721
F8 = 1238926361552897 ×93461639715357977769163558199606896584051237541638188580280321
F9 = 2424833 × 7455602825647884208337395736200454918783366342657 × 741640062627530801524787141901937474059940781097519023905821316144415759504705008092818711693940737
F10 = 45592577 × 6487031809 × 4659775785220018543264560743076778192897 × P252
F11 = 319489 × 974849 × 167988556341760475137 × 3560841906445833920513 × P564
F12 = 114689 × 26017793 × 63766529 × 190274191361 × 1256132134125569 ×
568630647535356955169033410940867804839360742060818433 × C1133
F13 = 2710954639361 × 2663848877152141313 × 3603109844542291969 ×
319546020820551643220672513 × C2391
至今这样的反例共找到了243个,却还没有找到第6个正面的例子。甚至有人猜想:费马数N≥5时,费马数全是合数!
费马数的因数必然是2^(n+2)*k+1形。例如n=5时,4294967297=(2^7×5+1)×(2^7×52347+1)。
有意思的是,1801年数学家证明:如果费马数K为质数,那么就可以用直尺和圆规将圆周k等分.高斯本人就根据这个定理作出了。(还有数学家作出了257边形和65537边形。)
未完任务:
搞清楚到底除F5到F8外,是否还有fermat数xx被分解为素因子;表素因子为2^(n+2)*k+1型;其它关于fermat数的结果;一些小的标号n的Fn都没有判别是否为素数或者找到最少一个素因子,简直就是数学界的耻辱,那些强大的计算机和数学软件都干什么去了!
我们知道,尚未判定是合数还是质数的最小费马数是 F33。其实早在1877年,数学家佩平得出一个重要的判据结果:
佩平法则(Pépin's Theorem):
Fn为素数则3^(Fn-1)/2+1≡0(modFn).见及http://mathworld.wolfram.com/PepinsTheorem.html该法则引自韩雪涛个人主页,参见http://www.oursci.org/magazine/200403/0316.htm.
以下是没有经过检验的一点资料,似乎是为了xx3^(Fn-1)/2+1≡0(modF5)。
而F5=(5×2^7+1)×(3×17449×2^7+1)故只要用F5的一个因子641来检验即可。
由欧拉定理可知:3^(5×2^7) ≡1(mod641)
而易知当n>5时,有2^n-1≡3 (mod4)
即(Fn-1)/2=2^(2^n-1) ≡2^3 (mod5)
2^(2^n-1) ≡2^(3+4)=2^7 (mod5×2^7)
由此可得3^(Fn-1)/2+1=3^(2^(2^n-1))+1≡3^2^7+1=3^128+1 ≡366^8+1≡169^2+1 ≡357+1≠0 (mod641)也就是说3^(Fn-1)/2+1不能整除641。
下面的网页似乎声称证明Fn(n>=5)全是合数。
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