Простые и составные числа

Определение 9.1.Натуральное число p называется простым, если оно имеет только два различных между собой натуральных делителя: 1и p.

Примеры.2, 3, 5, 7, 11, 13– простые числа.

Определение 9. 2. Натуральное число, большее единицы, называется составным, если оно имеет более двух различных натуральных делителей.

Примеры.4, 6, 8, 9, 10, 12 – составные числа.

Замечание 1.Из этих определений следует, что множество натуральных чисел можно разбить на три класса:

а) составные числа;

б) простые числа;

в) единица.

Если а – составное, то а = nq, где 1 < n < a, 1 < q < a.

Простейшие свойства простых чисел

10. Если а Z и p – простое, то (а, p) = 1 а p.

Действительно, пусть d = (a, p), тогда (а d) p d, т.к. p – простое число, то оно имеет два делителя 1 и p. Если (а, p) = 1, то а и p взаимно просты, а если (а, p) = p, то а p.

20. Если произведение нескольких сомножителей делится на p, то, по крайней мере, один из сомножителей делится на p.

Действительно, пусть произведение а1 ∙ а2 ∙ … ∙ аn делится на p. Если предположить противное: все аi не делятся на p, то (а1 ∙ а2 ∙ … ∙ аn, p) = 1, следовательно, какой-то сомножитель делится на p.

30. Различные простые числа взаимно просты.

40. Наименьший простой делитель p натурального числа n > 1 не превосходит .

Пусть n = p ∙ n1, причем p n1 и p – простое. Тогда n p2 p .

50. Если натуральное число n не делится ни на одно простое число p , то n – простое, в противном случае оно будет составным.

Данное свойство непосредственно следует из свойства 40.

Пример. Выясним, будет ли число 157 простым?

Выпишем простые делители, не превосходящие : 2, 3, 5, 7, 11. Проверяем, что 157 не делится на 2, на 3, на 5, на 7, на 11. Следовательно, число 157 – простое.

Решето Эратосфена

На свойстве 50 основан метод, позволяющий определить список простых чисел p1 < p2 < … до заданной границы n. Этот метод носит название решето Эратосфена, названный в честь древнегреческого математика, географа и астронома.

Шаг 1. Выпишем подряд все натуральные числа 2, … , n – 1, n.

Положим, что p1 = 2 и вычеркнем все последующие числа, делящиеся на 2, кроме p1 = 2.

Шаг 2. Пусть k 2 и уже определены числа p1,…, pk-1. Обозначим pk первое невычеркнутое число, следующее за pk-1. Если pk2 > n, то обозначим pk+1, pk+2, … все оставшиеся невычеркнутыми числа, следующие за pk, в порядке возрастания. На этом алгоритм завершает свою работу.

Шаг 3. Если pk2 n, то вычеркиваем числа, делящиеся на pk, начиная с pk2 (двигаясь до n с шагом pk). Вычеркнутые ранее числа также принимаются в учет, но не вычеркиваются еще раз. По завершении процедуры алгоритм увеличивает индекс k на единицу и переходит к шагу 2.

В результате алгоритм оставляет невычеркнутыми только простые числа.

Примеры: 1.Найти все простые числа, меньшие 30.

Применим решето Эратосфена, остановившись, как только найдём простое число, не меньшее = 5,…, т.е. простое число 7.

 

 

Теорема Евклида. Основная теорема арифметики

Теорема 9.1 (теорема Евклида). Множество простых чисел бесконечно.

Доказательство.

Предположим противное, пусть p1, p2, … , pk – все простые числа, где p1 = 2, а pk – самое большое простое число.

Составим натуральное число n = p1 · p2 · … · pk + 1, т.к. n > pi, то оно должно быть составным. Покажем, что наименьший делитель q 1 числа n будет простым. Так как n – составное, то n = n1 ∙ q, где q < n1. Если предположить, что q – составное число, то q = q1 ∙ k и n = n1 ∙ q1 ∙ k, так как q1 < q, то q – уже не будет наименьшим делителем числа n, что противоречит условию. Итак, наименьший делитель числа n будет простым. Однако n не делится ни на p1, ни на p2, … , ни на pk, так как 1 не делится на любое pi .

Следовательно, наше предположение о конечности множества простых чисел было неверно.

Замечание 2. Простые числа составляют лишь небольшую часть чисел натурального ряда. Доказано, что в натуральном ряду существуют сколь угодно длинные интервалы, не содержащие ни одного простого числа.

Теорема 9. 2 (основная теорема арифметики). Любое натуральное число n > 1 может быть представлено единственным образом в виде произведения простых чисел, с точностью до порядка сомножителей.

Доказательство.

I. Докажем возможность представления методом математической индукции по величине числа. Пусть n N и n > 1.

1) n = 2. Утверждение выполняется, так как 2 – простое число.

2) Предположим, что утверждение теоремы выполнено для всех натуральных чисел,меньших числа k.

3) Покажем, что утверждение выполнено для k.

а) Если k – простое число, то доказывать нечего.

б) Если k – составное число, то оно имеет делитель а, такой, что 1 < a < k . Тогда k = a ∙ b. Очевидно, что 1 < b < k. Согласно предположению, теорема выполнена для чисел а и b, т. е. а = p1 ∙ p2 ∙ … ∙ ps и b = q1 ∙ q2 ∙ … ∙ qm, где pi, qj – простые. Тогда k = p1 ∙ p2 ∙ … ∙ ps ∙ q1 ∙ q2 ∙ … ∙ qm. Полученная формула означает, что существует представление числа k в виде произведения простых чисел.

Согласно принципа математической индукции возможность представления в виде произведения простых чисел доказана для любого натурального n > 1.

II. Покажем, что представление числа n в виде произведения простых чисел единственно с точностью до порядка сомножителей.

Пусть n = p1 ∙ p2 ∙ … ∙ ps и n = q1 ∙ q2 ∙ … ∙ qr, где pi, qj – простые числа, тогда будет иметь место равенство:

p1 ∙( p2 ∙ … ∙ ps) = q1 ∙ q2 ∙ … ∙ qr (1)

Тогда простое число p1 делит q1 ∙ q2 ∙ … ∙ qr, так что p1 делит одно из простых чисел правой части, пусть q1 p1 , а значит, p1 = q1 . Поэтому обе части рассмат­ри­ва­е­мого равенства можно сок­ра­тить на p1. Разделив обе части равенства (1) на p1, получим равенство p2 ∙ … ∙ ps = q2 ∙ … ∙ qr . Повторяя процесс рассуждения еще (s – 1) раз, мы получим равенство:

1 = qs+1 ∙ qs+2 ∙ …∙ qr

Так как все qi > 1, то это равенство невозможно. Следовательно, в обеих разложениях число сомножителей одинаково (s = r) и сами сомножители одинаковы.

Замечание 3. В разложении числа n на простые сомножители некоторые из них могут повторяться. Обозначим буквами кратность их вхождения в n, получим так называемое каноническое разложение числа n:



Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 786;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, добавьте сайт познайка в закладки и расскажите о нем друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2026 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. Политика конфиденциальности
Генерация страницы за: 0.044 сек.