【关键词】加全偶数;等价式;互换式;取值节;素数连续乘积节
问题的提出;大于4的偶数,均可等于两个素数之和.
哥德巴赫所担心的问题是:当一个偶数充分大时,是否还会不会有充分大的两个素数之和用来等于该偶数.
实际上,担心是没有必要的,可以肯定地说,当一个偶数越大时,而与其该偶数相等的素数对就会越多.
例:偶数210=199+11=197+13=193+17=191+19=181+29=179+31=173+37=167+43=163+
47=157+53=151+59=149+61=139+71=137+73=131+79=127+83=113+97=109+101=107+103.
共计有19对.
由于我们掌握了素数的规律性,给其猜想的证明就容易多了.下面就详尽地、分步地来进行分析证明.
分析一 一个奇素数的集合,用该集合中的每一个元素,分别与奇素数的集合相加,能够加全一切大于4的偶数.那么,问题就得以解决.运用的这一方法,叫加全法则.
当用最小素数3与其大于等于3的奇数序列相加,得3+(2N+3).
N为包括零在内的正整数序列.依次取值,显然就加全了大于4的全部偶数,称其为一次加全.
为了以后叙述方便,给N加注一个小脚标.一次加全应写成:3+(2N1+3).
第一步,要筛除3与含3因子的合数.
3+(2×3N2+3),显然不合猜想的要求,但我们可找出替代它的等价式.
即5+(2×3N2+7)
7+(2×3N2+5)
也就是说,筛除一个3因子却得到了两个可替代的等价式.
列出全部的算式,即:
3+(2×3N2+5)……①
3+(2×3N2+7)……②
5+(2×3N2+5)……③
5+(2×3N2+7)……④
7+(2×3N2+5)……⑤
7+(2×3N2+7)……⑥
这6个算式,又可加全大于6的全部偶数,称其为二次加全.
式中②、③两式等价, ④、⑤两式等价, ①、⑥两式等价.
分析二 筛除一个3因子,有了两个等价式.筛除5因子时,还会增加等价式吗?若在筛除的素因子不断增大时,而替代它的等价式会大增,这样就可把猜想变为确定.
为了清晰明了,必须罗列大量算式,而从其数据中寻求等价式增多的原因.
以二次加全的①~⑥式为基础,进行三次加全.
取N2=1~5这一节取是为了由6N2向30N3过渡.
取N2=6~10这一节取是为了补充漏掉的等价式.
依据①~⑥算式:当N2=1~10时,
由6N2过渡到30N3,需要筛除5因子.
那么,三次偶数加全算式为:
(10) 3+30N3+7
(12) 5+30N3+7
(14) 3+30N3+11=7+30N3+7
(16) 3+30N3+13=5+30N3+11
(18) 5+30N3+13=7+30N3+11=11+30N3+7
(20) 3+30N3+17=7+30N3+13=13+30N3+7
(22) 3+30N3+19=5+30N3+17=11+30N3+11
(24) 5+30N3+19=7+30N3+17=11+30N3+13=13+30N3+11=17+30N3+7
(26) 3+30N3+23=7+30N3+19=13+30N3+13=19+30N3+7
(28) 5+30N3+23=11+30N3+17=17+30N3+11
(30) 7+30N3+23=11+30N3+19=13+30N3+17=17+30N3+13=19+30N3+11=23+30N3+7
(32) 3+30N3+29=13+30N3+19=19+30N3+13
(34) 3+30N3+31=5+30N3+29=11+30N3+23=17+30N3+17=23+30N3+11
(36) 5+30N3+31=7+30N3+29=13+30N3+23=17+30N3+19=19+30N3+17=
23+30N3+13=29+30N3+7
(38) 7+30N3+31=19+30N3+19=31+30N3+7
(40) 3+30N3+37=11+30N3+29=17+30N3+23=23+30N3+17=29+30N3+11
(42) 5+30N3+37=11+30N3+31=13+30N3+29=19+30N3+23=23+30N3+19=29+30N3+13=31+30N3+11
(44) 3+30N3+41=7+30N3+37=13+30N3+31=31+30N3+13=37+30N3+7
至此,大于8的全部偶数三次加全完成,而且偶数大于16后,等价式不少于3个.
(46) 3+30N3+43=5+30N3+41=17+30N3+29=23+30N3+23=29+30N3+17
(48) 5+30N3+43=7+30N3+41=11+30N3+37=17+30N3+31=19+30N3+29=29+30N3+19=31+30N3+17=37+30N3+11=41+30N3+7
(50) 3+30N3+47=7+30N3+43=13+30N3+37=19+30N3+31=31+30N3+19=37+30N3+13=43+30N3+7 (52) 3+30N3+(49)=5+30N347=11+30N3+41=23+30N3+29=29+30N3+23=41+30N3+11
(54) 5+30N3+(49)=7+30N3+47=11+30N3+43=13+30N3+41=17+30N3+37=23+30N +31=31+30N3+23=37+30N3+17=41+30N3+13=43+30N3+11=47+30N3+7
(56) 3+30N3+53=7+30N3+(49)=13+30N3+43=19+30N3+37=37+30N3+19=43+30N3+13=(49)+30N3+7
(58) 5+30N3+53=11+30N3+47=17+30N3+41=29+30N3+29=41+30N3+17=47+30N3+11
(60) 7+30N3+53=11+30N3+(49)=13+30N3+47=17+30N3+43=19+30N3+41=23+30N3+37=29+30N33+31=31+30N3+29=37+30N3+23=41+30N3+19=43+30N3+17=47+30N3+13=(49)+30N3+11=53+30N3+7
(62) 3+30N359=13+30N3+(49)=19+30N3+43=31+30N3+31=43+30N3+19=
(49)+30N3+13
(64) 3+30N3+61=5+30N3+59=11+30N3+53=17+30N3+47=41+30N3+23=47+30N3+17=53+30N3+11
(66) 5+30N3+61=7+30N3+59=13+30N3+53=17+30N3+(49)=19+30N3+47=23+30N3+43=29+30N3+37=37+30N3+29=43+30N3+23=47+30N319=(49)+30N3+17=53+30N3+13=59+30N3+7
(68)7+30N3+61=19+30N3+(49)=31+30N3+37=37+30N3+31=(49)+30N3+19=61+30N3+7
(70)3+30N3+67=11+30N3+59=17+30N3+53=23+30N3+47=29+30N3+41=41+30N3+29=47+30N3+23=53+30N3+17=59+30N3+11
(72)5+30N3+67=11+30N3+61=13+30N3+59=19+30N3+53=23+30N3+(49)=29+30N3+43=31+30N3+41=41+30N3+31=43+30N3+29=(49)+30N3+23=53+30N3+19=59+30N3+13=61+30N3+11
注:括号中的数值是未被筛除的合数,作为近似素数保留.
说明:7+30N3+13=13+30N3+7称为互换等价式,为下一步求取更多的等价式打基础.如当N3取1时,7+43=13+37.互换的可行原则,被筛除素数不可互换.
通过以上大量数据的列出,只为找出偶数增大时,等价式增多的规律.
从6N2向30N3过渡中,等价式在未被筛除5因子时,它的个数是随N2的取值增大而增加的.由于Q2集合中只有{5,7}这两个元素,因此,在①、⑥两式中,可互换的只有7;在②、③两式中,可互换的只有5;在④、⑤两式中,可互换的是5与7.
分析三 从一个连续乘积节向下一个连续乘积节过渡时,求取出的等价式,增多的原因,是有了可互换的等价式.在乘积节增大后,可互换的等价式若能大量增加,问题便可解决.
为说明这一点,还需罗列数据.由30N3乘积节向210N4乘积节过渡中,偶数应大于等于3+30+7=40,因为在30N3中,10与40是等价的,依次到38与68是等价的.在偶数40~72里,只有44、46的等价式最少,是5个,可互换的等价式有3个.
那么,我们就以44为例.由于Q3集合元素有了8个,使其在7~37范围内,可互换的等价式增加.并且偶数大于等于40后,可互换的等价式不少于3个.
例:(44) 3+30N3+41=7+30N3+37=13+30N3+31=31+30N3+13=37+30N3+7
当N3=1时,写成草算式:74=3+71=7+67=13+61=31+43=37+37=43+31=61+13=67+7.
从44的5个等价式,到74就增加了3个,增加的3个可互换等价式,就是Q3集合中的(7,13,31)这三个元素.所以N3取值大一个,就会多出3个等价式.接下来继续推演(略).
当N3=7时,由44的5个等价式,到254就增加了3×7=21个.254总共等价式为5+21=26个.
由于N3=7已经过渡到210N4,必须筛除7与含7因子的合数.
因为44有5个等价式,产生7与7因子的合数最多是5个,再加上互换中的最多5个互换,那么,应被筛除的等价式不超过2×5=10个.实际254中仅有7个.
即254近似到Q4时的等价式是26-7=19个.
列出正规式:(254)
3+210N4+251=7+210N4+ [247]=13+210N4+241=31+210N4+223=43+210N4+211=
61+210N4+193=67+210N4+[187]=73+210N4+181=97+210N4+157=103+210N4+151=
127+210N4+127=151+210N4+103=157+210N4+97=181+210N4+73=[187]+210N4+67= 193+210N4+61=211+210N4+43=223+210N4+31=241+210N4+13.
由210+13=223,那么254的等价式中,小于223的可互换等价式增到了15个.这是因为Q3集合有48个元素,又因为Q3的值域为[11~211],因此,Q集合元素的剧增,使其可互换的等价式大增.
不妨再简述一下,以254为基础,由N4向N5的过渡状况.
N4的取值为1~11,当N4=11时,已步入到N5.
其等价式为19+15×11=184个.
而最多需筛除11与11因子的合数为19×2=38个.
那么2310+254=2564时,其等价式最少应有184-38=146个.
再以2564为基础,简述由N5向N6的过渡状况.
N5的取值为1~13,当N5=13时,已步入到N6.
2564的等价式不少于146个,可互换的等价式不少于146-19=127个.
其等价式不少于146+127×13-2×146=1505个.
即∏(2D13)+2564=30030+2564=32594这么大的偶数时,不含有3~13的素因子的近似等价式有不少于1505个
……
当由∏(2DK)Nn向∏[2D(K+①)]Nn+1过渡时,
Nn的取值为1~(K+①),当Nn=K+①时,已步入Nn+1.
设∏(2DK)Nn充分大的偶数在Nn时的等价式为AK个.
可互换的等价式为AK-AK-①个.
那么,Nn+1的近似等价式为:(AK-AK-①)×(K+①)-AK.
由于AKAK-①,素因子的K值不断地加大,
所以,(AK-AK-①)×(K+①)AK.
根据前面的大量数据罗列,通过一步步地分析,至此,结论是:
在加全偶数的过程中,要依次筛除素因子,被筛除的合数要出现断档位,而断档位又靠增加的等价式来替代,所能替代的等价式是随其偶数的加大是增加的,等价式增加的原因是有可互换的等价式,可互换等价式的增加是来自Q集合的元素的大量增加.因此,当偶数充分大时,与它相等的素数对就会越多.
这样,我们最后要筛除哥德巴赫的担心,得出确切的定论.
证毕.