质数和合数

质数
质数又称素数。

指在一个大于1的自然数中，除了1和此整数自身外，没法被其他自然数整除的数。

换句话说，只有两个正因数（1和自己）的自然数即为素数。

比1大但不是素数的数称为合数。

1和0既非素数也非合数。

合数是由若干个质数相乘而得到的。

所以，质数是合数的基础，没有质数就没有合数。

这也说明了前面所提到的质数在数论中有着重要地位。

历史上曾将1也包含在质数之内，但后来为了算术基本定理，最终1被数学家排除在质数之外，而从高等代数的角度来看，1是乘法单位元，也不能算在质数之内，并且，所有的合数都可由若干个质数相乘而得到。

个数
质数的个数是无穷的。

最经典的证明由欧几里得证明在他的《几何原本》中就有记载。

它使用了现在证明常用的方法：反证法。

具体的证明如下：假设质数只有有限的n个，从小到大依次排列为p1,p2,…,pn，设x = (p1·p2·...·pn)+1，如果x是合数，那么它被从p1,p2,...,pn中的任何一个质数整除都会余1，那么能够整除x的质数一定是大于pn的质数，和pn是最大的质数前提矛盾，而如果说x是质数，因为x>pn，仍然和pn是最大的质数前提矛盾。

因此说如果质数是有限个，那么一定可以证明存在另一个更大质数在原来假设的质数范围之外，所以说质数的个数无限。

费马数2^(2^n)+1
被称为“17世纪最伟大的法国数学家”的费马，也研究过质数的性质。

他发现，设F(n)=2^(2^n)+1，则当n分别等于0、1、2、3、4时，Fn分别给出3、5、17、257、65537，都是质数，由于F5太大（F5=4294967297），他没有再往下检测就直接猜测：对于一切自然数，Fn都是质数。

这便是费马数。

但是，就是在F5上出了问题！费马死后67年，25岁的瑞士数学家欧拉证明：F5=4294967297=641×6700417，它并非质数，而是一个合数！
更加有趣的是，以后的Fn值，数学家再也没有找到哪个Fn 值是质数，全部都是合数。

目前由于平方开得较大，因而能够证明的也很少。

现在数学家们取得Fn的最大值为：n=1495。

这可是个超级天文数字，其位数多达10^10584位，当然它尽管非常之大，但也不是个质数。

梅森质数
17世纪还有位法国数学家叫梅森，他曾经做过一个猜想：
2^p-1 ，当p是质数时，2^p-1是质数。

他验算出了：当p=2、3、5、7、17、19时，所得代数式的值都是质数，后来，欧拉证明p=31时，2^p-1是质数。

p=2，3，5，7时，2^p-1都是素数，但p=11时，所得2047=23×89却不是素数。

还剩下p=67、127、257三个梅森数，由于太大，长期没有人去验证。

梅森去世250年后，美国数学家科勒证明，
2^67-1=193707721×761838257287，是一个合数。

这是第九个梅森数。

20世纪，人们先后证明：第10个梅森数是质数，第11个梅森数是合数。

质数排列得这样杂乱无章，也给人们寻找质数规律造成了困难。

现在，数学家找到的最大的梅森质数是一个有9808357位的数：2^32582657-1。

数学家虽然可以找到很大的质数，但质数的规律还是无法循通。

5这两个特殊情况外，所有质数个位数均为1,3,7,9四个数字之一。

那么，质数的个位数是1、3、7、9的概率是否是相等的？
经统计，对1000以内的质数个位数进行调查，可以发现质数个位的分布并非十分均匀，在1000以内的质数中（忽略2、5两个情况特殊的质数，下同），个位为1的质数共40个，占总数（166个）的24.10%；个位为3的质数共42个，占总数的25.30%；个位为7的质数共46个，占总数的27.71%；而个位为9的质数仅38个，占总数的22.89%。

由上，可以估计，在无穷大的质数数列中，个位为7的质数相对较多，而个位为9的质数则相对较少。

值得提出的是，中国数学家和语言学家周海中于1992年提出梅森质数分布的猜测：当2^（2^n）<p<2^（2^（n+1））时，Mp有2^（n+1）－1个是质数。

他还据此作出推论：当p<2^（2^（n+1））时，Mp
有2^（n+2）－ n － 2个是质数。

（注：p为素数；n为自然数；Mp为梅森数）
100以内的质数共有25个，这些质数我们经常用到，可以用下面的两种办法记住它们。

一、规律记忆法
首先记住2和3，而2和3两个质数的乘积为6。

100以内的质数，一般都在6的倍数前、后的位置上。

如5、7、11、13、19、23、29、31、37、41、43……只有25、35、49、55、65、77、85、91、95这几个6的倍数前后位置上的数不是质数，而这几个数都是5或7的倍数。

由此可知：100以内6的倍数前、后位置上的两个数，只要不是5或7的倍数，就一定是质数。

根据这个特点可以记住100以内的质数。

二、分类记忆法
我们可以把100以内的质数分为五类记忆。

第一类：20以内的质数，共8个：2、3、5、7、11、13、17、19。

第二类：个位数字是3或9，十位数字相差3的质数，共6个：23、29、53、59、83、89。

第三类：个位数字是1或7，十位数字相差3的质数，共4个：31、37、61、67。

第四类：个位数字是1、3或7，十位数字相差3的质数，共5个：41、43、47、71、73。

第五类：还有2个持数是79和97。

哥德巴赫猜想
哥德巴赫猜想（Goldbach Conjecture）大致可以分为两个猜想（前者称“强”或“二重哥德巴赫猜想”后者称“弱”或“三重哥德巴赫猜想”)：1、每个不小于6的偶数都可以表示为两个奇素数之和；2、每个不小于9的奇数都可以表示为三个奇质数之和。

黎曼猜想
黎曼猜想是一个困扰数学界多年的难题，最早由德国数学家波恩哈德·黎曼提出，迄今为止仍未有人给出一个令人完全信服的合理证明。

即如何证明“关于质数的方程的所有意义的解都在一条直线上”。

此条质数之规律内的质数经过整形，“关于质数的方程的所有意义的解都在一条直线上”化为球体质数分布。

孪生质数猜想
1849年，波林那克提出孪生质数猜想（the conjecture of twin primes），即猜测存在无穷多对孪生质数。

猜想中的“孪生质数”是指一对质数，它们之间相差2。

例如3和5，5和7，11和13，10016957和10016959等等都是孪生质数。

10016957和10016959是发生在第333899位序号质数月的中旬[18±1]的孪生质数。

质数月定位孪生质数发生位置：
首个质数月孪生质数发生位置：[T-1]*30+【[4±1] [6±1] [12±1] [18±1] [30±1] 】 T=1
其余质数月孪生质数发生位置：[T-1]*30+【[0±1] [12±1] [18±1] [30±1] 】 T=N是自然数代表质数月。