初等数论-第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,一、整除的概念 带余数除法,二、最大公因数与辗转相除法,第一章 整数的可除性,三、整除的进一步性质,四、质数 算术基本定理,五、取整函数及其在数论中的一个应用,第一节 整除的概念 带余数除法,2、整除的基本定理,定理1（传递性）：,a,b,，,b,c,a,c,定理2：若,a，b,都是m的倍数,，,则,a,b,都是m的倍数,3、带余数除法,带余数除法的应用举例,例1 证明形如3n-1的数不是平方数。,例2、任意给出的5个整数中，必有3个数之,和被3整除。,第二节 最大公因数与辗转相除法,2、任意整数的最大公因数可转化为正整数来讨论,3、下面先讨论两个非负整数的最大公因数,定理2、设b是任一正整数，则（i)0与b的公因数就是,b的因数，反之，b的因数也就是0与b的公因数。,(ii)(0,b)=b,4、定理3,设,a,b,c,是三个不全为零的整数，且,a=bq+c,其中q是非零整数，则a,b与b,c有相同的公因数，,因而(a,b)=(b,c),5、,下面要介绍一个计算最大公约数的算法辗转,相除法，又称Euclid算法。它是数论中的一个重要,方法，在其他数学分支中也有广泛的应用。,定义 下面的一组带余数除法，称为辗转相除法。,说明：,（1）利用辗转相除法可以求两个整数的最大公因数,6、最大公因数的两个性质,对于两个以上整数的最大公因数问题，不妨设,本节最后介绍另外一种求两个整数最大公因数,的方法，先给出下面几个结果：,即当a与b是正整数时，只要使用被2除的除法运算和,减法运算就可以计算出(a,b),例1、求（12345,678）,解：（12345,678）=（12345，339）,=（12006,339）,=（6003,339）,=（5664,339）,=（177,339）,=（177,162）,=（177，81）,=（96,81）,=（3,81）=3,所以，命题得证。,第三节 整除的进一步性质及最小公倍数,例,用辗转相除法求(125,17)，以及x，y，使得,125x,17y=(125,17)解 做辗转相除法：,则,对于两个以上整数的最小公倍数问题，不妨设,注：多项式的带余除法类似于整数的带余除法,第四节 质（素）数 算术基本定理,一、质（素）数,1、定义 一个大于1的整数，如果它的正因数只有1,及它本身，就叫做质数（或素数）；否则就叫合数。,2、与素数相关的性质定理,注：利用第三节推论2.2证明。,证：必要性显然。,对于一个给定的整数，我们根据上述定理不仅可以,判别它是否是素数，且还可以找出所有不大于它的素数,把1划去，剩下第一个数是2,2是素数。从2起划去它,后面所有2的倍数，剩下的第一个数是3，它不是2的倍,所以它是素数。,依次，当我们把所有的不大于,的素数。,这种方法是希腊时代幼拉脱斯展纳发明的，,好像用筛子筛出素数一样，称幼拉脱斯展纳筛法。,数的素性检验方法问题在近几年得到了飞速的发展,若用计算机编成程序,对于10位数,几乎瞬间即可完成,对于一个20位数,则需要2个小时,对于一个50,位数就需,要一百亿年,令人吃惊的是,要检验一个一百位数,需要,的时间就猛增到1036年.到了1980年,这种困难,的情况,得到了改观,阿德曼(Adleman),鲁梅利(Rumely),科恩,(Cohen),和伦斯特拉(Lenstra)研究出一种非常复杂的,过去,要检验一个数是否是素数，,最简单方法是试除法，,检验一个20位数只消10秒钟,对于一个50位数用15秒钟,100位数用40秒钟,如果要他检验一个1000位数,只要用,一个星期也就够了.但是大部分的素性,检验法都不能分,解出因数来,只能回答一个数是否是素数.,技巧,现在以他们的名字的首字,母命名的ARCL检验法,定理3、素数的个数是无穷的。,注：2000多年前，古希腊数学家欧几里得（前330-,前275），著有几何原本，他在此书中率先证明了,素数的无限性，这个证明一直被当作数学证明的典范，,受到历代数学家的推崇，因为这一定理及其证明既简洁、,优美而不失深刻。其证明思路如下：,证明:假设正整数中只有有限个质数，设为,关于素数的个数，有著名的素数定理：,下面列举的数字也可以说明定理的真实性。,素数定理是古典素数分布的理论核心，这个定理,大约是在1798年高斯与勒让德作为猜想提出的。之后,许多学者都做过深入的研究，但都没有成功。1896年，,法国数学家哈达马及比利时数学家德.瓦利-普斯因同时,独立地证明了它，他们是用黎曼zata函数获得解决的。,1949年，挪威数学家赛尔伯格与匈牙利数学家爱尔特希,第一次给出不用很多函数论知识，也可以说是一个初等,的证明。他们的证明是依靠一个不等式，但是这个所谓,的初等证明也是非常复杂的。1950年，赛尔伯格还因为,这个证明获得了菲尔茨奖。,下面介绍与素数有关的某些问题,1、费马数：,费马在1640年设计了一个公式，给出一些素数。,然而他大错特错了！只有五个素数被发现是遵从于这个,公式的，它们是3,5,17,257和65537,分别对应于n=0,1,2,3,4,2、费马数与尺规作图的联系：,尺规作图是指用没有刻度的直尺和圆规作图。尺规作图,瑞士科学家欧拉于1732年举出,故费马的猜测不正确。,规作图使用的直尺和圆规带有想像性质，跟现实中的并,非完全相同：1、直尺必须没有刻度，无限长，,且只能,使用直尺的固定一侧。只可以用它来将两个点连在一起，,不可以在上画刻度；2、圆规可以开至无限宽，,但上面,亦不能有刻度。它只可以拉开成之前构造过的长度。,只准许使用有限次，来解决不同的平面几何作图题。尺,是起源于古希腊的数学课题。只使用圆规和直尺，并且,一般地，任意正n边形有以下结论：,3、梅森数,梅森数(Mersenne number)是指形如2p1的正整数，,其中指数p是素数，常记为Mp。若Mp是素数，则,称,为梅森素数。,早在公元前300多年，古希腊数学家欧几里得,就开创了研究2P1的先河，他在名著几何原本,第九章中论述完美数时指出：如果2P1是素数，,则(2p1)2(p1)是完美数。,梅森在欧几里得、费马等人的有关研究的基础上,，对,2P1作了大量的计算、验证工作，并于1644年在他的,物理数学随感一书中断言：对于p=2，3，5，7，,13，17，19，31，67，127，257时，2P1是素数,而对于其他所有小于257的数时，2P1是合数。,前面的7个数属于被证实的部分，是他整理前人,的工作,得到的；而后面的4个数属于被猜测的部分。,值得提出的是：虽然梅森的断言中包含着若干错误，,但他的工作极大地激发了人们研究2P1型素数的热情，,在梅森素数的基础研究方面，法国数学家鲁卡斯和美国,数学家雷默都做出了重要贡献；以他们命名的“鲁卡斯-,雷默方法”是目前已知的检测梅森素数素性的最佳方法。,此外，中国数学家和语言学家周海中给出了梅森素数分,布的精确表达式，为人们寻找梅森素数提供了方便；这,一研究成果被国际上命名为“周氏猜测”。,2005年，美国数学家C.Cooper和S.Boone领导的科,研小组发现了第43个梅森素数，该素数有9 152 052位数，,是目前知道的最大的素数，,该素数是：,关于梅森数有下列的一个命题：,二、算术基本定理,1、定理4 任一大于1的整数能表成素数的乘积，,即任一大于1的整数,此为算术基本定理。,2、正整数的标准分解式,推论4.1 任一大于1的整数a能够唯一地写成,推论4.2 设a是任一大于1的整数，且,推论4.3 设a,b是任意两个正整数，且,注：利用推论容易证明：,定理5 设a是任一大于1的正整数,第五节 函数x,x及其在数论中的一个应用,一、取整函数及性质,1、取整函数x的定义:,函数x与x是对于一切实数都有定义的函数，函数,x的值等于不大于x的最大整数；,函数x的值是x-x.,把x叫做x的整数部分，x叫做x的小数部分。,问题：这两个函数的图像如何？,2、取整函数的简单性质,例题,则原命题等价于证,注：此为厄米特恒等式。,二、取整函数的一个应用,例3、求50！中3的最高幂,3（50！）,=,16+5+1,例4、求1000！的十进制表示式中末尾连续零的个数,解：1000！的十进制表示式中因子5的个数等于因子,10的个数，所以1000！的十进制表示式中末尾连续零,的个数等于因子5的个数，即,