等差质数的猜想

IT_worker 2007-11-23 10:28:15
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猜想1:对于任何n总存在三个质数p1,p2,p3使得:p1>p2>p3>n,p1,p2,p3成等差数列
猜想2:对于任何n总存在四个质数p1,p2,p3,p4使得:p1>p2>p3>p4>n,p1,p2,p3,p3成等差数列
……………………………………
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deng2000 2007-12-10
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惭愧之至,我记错了素数定理的结果. FancyMouse和Vitin的理解是正确的,感谢二位指正.
Vitin 2007-12-06
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The Nth prime, P(N), is about N times the natural log of N:
P(N) ~ NlnN.

这样质数的密度应该是N/(NlnN) = 1/lnN.
平方数的密度则为sqrt(N)/N = 1/sqrt(N).
所以确实是质数的密度大.
laomai 2007-12-05
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顶!
xiaobukuai 2007-12-01
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mark
FancyMouse 2007-12-01
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一问:质数密度到底是log(n)/n还是1/log(n)?偶记得结论是质数数目和n/log(n)同阶。。。
rabbitbug 2007-11-30
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来景仰牛人
Vitin 2007-11-28
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学习!
qrc1988 2007-11-28
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牛人不止一两个呀 哈哈
C1053710211 2007-11-25
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英文的好呀!!!looklook
medie2005 2007-11-25
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以上证明来自:http://www.mathpages.com/home/kmath044.htm
medie2005 2007-11-25
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No Four Squares In Arithmetic ProgressionDickson's "History of the Theory of Numbers" presents a proof that
there do not exist four squares in arithmetic progression, but it
doesn't seem satisfactory. The problem with the proof (which Dickson
attributes to Bronwin and Furnass) is at this point:

... from the relations

y^2 - x^2 = z^2 - y^2 = w^2 - z^2

we know there are integers a,b,c,d such that

y+x = 2ab y-x = 2cd
z+y = 2ac z-y = 2bd
w+z = 2bc w-z = 2ad

Why must there exist four integers satisfying all six of these
relations? The rest of the proof relies entirely on this step, so
without some justification, the proof doesn't work. It isn't clear
(to me) how this approach can be fixed, so let's start at the
beginning and and try to give a valid elementary proof.

Suppose there exist four squares A^2, B^2, C^2, D^2 in increasing
arithmetic progression, i.e., we have B^2-A^2 = C^2-B^2 = D^2-C^2.
We can assume the squares are mutually co-prime, and the parity of
the equation shows that each square must be odd. Then we have co-prime
integers u,v such that A=u-v, C=u+v, u^2+v^2=B^2, and the common
difference of the progression is (C^2-A^2)/2=2uv.

We also have D^2 - B^2 = 4uv, which factors as [(D+B)/2][(D-B)/2] = uv.
The two factors on the left are co-prime, as are u and v, so there
exist four mutually co-prime integers a,b,c,d (exactly one even) such
that u=ab, v=cd, D+B=2ac, and D-B=2bd. This implies B=ac-bd, so we
can substitute into the equation u^2 + v^2 = B^2 to give
(ab)^2 + (cd)^2 = (ac-bd)^2.

This quadratic is symmetrical in the four variables, so we can assume
c is even and a,b,d are odd. From this quadratic equation we find that
c is a rational function of SQRT(a^4 - a^2 d^2 + d^4), which implies
there is an odd integer m such that a^4 - a^2 d^2 + d^4 = m^2.

Since a and d are odd there exist co-prime integers x and y such that
a^2 = k(x+y) and d^2 = k(x-y), where k=+-1. Substituting into the
above quartic gives x^2 + 3y^2 = m^2, from which it's clear that y must
be even and x odd. Changing the sign of x if necessary to make m+x
divisible by 3, we have 3(y/2)^2 = [(m+x)/2][(m-x)/2], which implies
that (m+x)/2 is three times a square, and (m-x)/2 is a square. Thus
we have co-prime integers r and s (one odd and one even) such that
(m+x)/2=3r^2, (m-x)/2=s^2, m=3r^2+s^2, x=3r^2-s^2, and y=+-2rs.

Substituting for x and y back into the expressions for a^2 and d^2 (and
transposing if necessary) gives a^2=k(s+r)(s-3r) and d^2=k(s-r)(s+3r).
Since the right hand factors are co-prime, it follows that the four
quantities (s-3r), (s-r), (s+r), (s+3r) must each have square absolute
values, with a common difference of 2r. These quantities must all have
the same sign, because otherwise the sum of two odd squares would equal
the difference of two odd squares, i.e., 1+1=1-1 (mod 4), which is
false.

Therefore, we must have |3r| < s, so from m=3r^2+s^2 we have 12r^2 < m.
Also the quartic equation implies m < a^2+d^2, so we have the inequality
|2r| < |SQRT(2/3)max(a,d)|. Thus we have four squares in arithmetic
progression with the common difference |2r| < |2abcd|, the latter being
the common difference of the original four squares. This contradicts
the fact that there must be a smallest absolute common difference for
four squares in arithmetic progression, so the proof is complete.

This theorem can be used to answer other questions as well. For
example, H. Jurjus asked whether there are rational numbers p, q such
that (p^2, q^2) is a point on the hyperbola given by (2-x)(2-y) = 1
with (p^2, q^2) not equal to (1,1). The answer is no. To see why,
suppose p=a/b and q=c/d (both fractions reduced to least terms).
Then if (p^2,q^2) is on the hyperbola we have

2b^2 - a^2 2d^2 - c^2
---------- ---------- = 1
b^2 d^2

Since b^2 is coprime to 2b^2-a^2 and c^2 is coprime to 2d^2-c^2 it
follows that b^2 = 2d^2 - c^2 and d^2 = 2b^2 - a^2. Rearranging
terms give

b^2 - d^2 = d^2 - c^2 d^2 - b^2 = b^2 - a^2

Together these equations imply that a^2, b^2, d^2 and c^2 are in
airthmetic progression, which is impossible.
Fogers 2007-11-24
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看得头晕
medie2005 2007-11-24
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先贴一个三个完全平方数成等差数列时的结论。

三个完全平方数成等差数列等价于:丢番图方程x^2+y^2=2z^2的求解。
为简化,只考虑x,y,z为奇正整数且x<z<y的情形。

丢番图方程x^2+y^2=2z^2的所有整数解均可由:
x=m^2-n^2-2mn
y=m^2-n^2+2mn
z=m^2+n^2 ( m,n为整数,m>n,gcd(m,n)=1, m,n一奇一偶 )
表示出。


设a^2, b^2, c^2, d^2为一等差数列。
并设:
c=(m^2-n^2+2mn)
a=(m^2-n^2-2mn)
b=(m^2+n^2) ( m,n为整数,m>n,gcd(m,n)=1, m,n一奇一偶 )

设b=(p^2-q^2-2pq) ( p,q为整数, gcd(p,q)=1 p,q 一奇一偶 )
则:
c=p^2+q^2
d=(p^2-q^2+2pq)
d^2=(p^2-q^2+2pq)^2=p^4+4qp^3+2(pq)^2-4pq^3+q^4 (1)

因 b=(m^2+n^2)=(p^2-q^2-2pq)
将上式两边平方,得到:
m^4+2(nm)^2+n^4=p^4-4qp^3+2(pq)^2+4pq^3+q^4 (2)

而:d^2=2c^2-b^2=2(m^2-n^2+2mn)^2-(m^2+n^2)^2
=m^4+8nm^3+2(mn)^2-8mn^3+n^4 (3)

由 (1),(3)得:
p^4+4qp^3+2(pq)^2-4pq^3+q^4=m^4+8nm^3+2(mn)^2-8mn^3+n^4 (4)
而由(2)得到:
p^4-4qp^3+2(pq)^2+4pq^3+q^4=m^4+2(nm)^2+n^4 (5)

(4)-(5)得到:
8qp^3-8pq^3=8nm^3-8mn^3
即:
qp(p^2-q^2)=mn(m^2-n^2)
即:qp(p-q)(p+q)=mn(m-n)(m+n) (6)

因为gcd(p,q)=1, gcd(m,n)=1, 因此, q,p,(p-q),(p+q)两两互质; m,n,(m-n),(m+n)两两互质.

现在要证明(6)不成立,还没想到怎么证。
C1053710211 2007-11-24
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这里盗用一下尾巴的结论,在他的基础上化简了一下,
假设存在这样的四个平方数成等差数列,
于是我们设它们分别为x1,x2,x3,x4,它们是首项为a0^2,公差为d的等差数列,
这里b1是x2与x1底数的差,即x1=a0^2,x2=(a0+b1)^2,
所以,x2=a0^2+d=(a0+b1)^2=a0^2+b1^2+2*a0*b1 => d=b1^2++2*a0*b1;
同理可求 2d=b2^2+2*a0*b2, 3d=b3^2+2*a0*b3,
我们这里看2d=b2^2+2*a0*b2,等式左侧为偶数,右侧2*a0*b2为偶数,所以b2^2必须为偶数,
所以可以得出b2是偶数,又b2是偶数,所以b2^2是4的倍数,2*a0*b2也是4的倍数,所以d是2的倍数,
同理可以通过d=b1^2++2*a0*b1计算出b1是偶数,并且d必须是4的倍数。
上面的一大堆废话其实是要证明d是偶数而已,
至于是否还能推导出有用的结论我也没推下去,因为没有思路了,
d是偶数了,那么根据尾巴的结论d是5的倍数,我们有d是10的倍数,
也就是说,x1,x2,x3,x4的所有个位是相同的,现在就可以化简尾巴的结论为四个结尾数只能是
0,0,0,0,
1,1,1,1,
4,4,4,4,
5,5,5,5,
6,6,6,6,
9,9,9,9,
我们看第一列0,0,0,0,一定是由10的倍数产生的平方数,所以每个数都是100的倍数,
那么我们把它们都除以100后它们的商仍然是平方数,并且成等差数列,
所以第一种情况等价于其他情况解得并集,同理以4结尾的都是4,6结尾的都是4的倍数,
以5结尾的都是25的倍数,把他们不停的除以4或25,
直到他们的商的个位出现1,1,1,1或9,9,9,9的情况,就完成了化简,
所以源问题等价于是否存在尾数为如下两种情况的平方数成等差序列,
1,1,1,1
9,9,9,9
再往下就不会化简了,临帖涕零,不知所云
(说了一堆废话,其实也没证出来,看到这想骂我就骂我吧 !!!)
tailzhou 2007-11-23
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没什么头绪;

平方数的最后位 只能是 0 1 4 5 6 9
能组成4个数的等差数列的个位只可能是
0 0 0 0
1 1 1 1
4 4 4 4
5 5 5 5
6 6 6 6
9 9 9 9
0 5 0 5
1 6 1 6
4 9 4 9
5 0 5 0
6 1 6 1
9 4 9 4
等差的差只能是5的倍数;
pptor 2007-11-23
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关键在于构造出一样素数等差数列
IT_worker 2007-11-23
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to medie2005 : 格林和陶哲轩的结果显然蕴涵了我的猜想,真的不知道能够有这么棒的结论。
我贴这个猜想的来源出于我大二时候自己设计的一道题目:
猜想3:找出或者证明不存在四个平方数,它们成等差数列。
这个题目我一直都做不出来,甚至对于下面比它弱的多的题目
猜想4:总存在n,使得不可能存在n个成等差数列的平方数
由于质数的密度比平方数大的多,我想质数之间应该很容易找到等差数列了把,可是想了很久连猜想1也没有找到方法。
所以贴出了这篇帖子。
如果那位有兴趣,可以试着解决一下猜想3或者猜想4
medie2005 2007-11-23
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哦,好象格林和陶哲轩的论文中也证明了由素数构成的长度为k的等差数列有任意多组:

“但是,他们得到的结果几乎是一个不能想象的伟大成就,他们证明由素数构成的等差数列可以任意长,而且有任意多组。4个数的素数等差数列可以有无穷多个的猜想都还没有证明,他们一下就跳这么远。”

以上均摘自《这项伟大的成就里有中国数学家的贡献--数学家王元谈菲尔茨奖获得者陶哲轩的工作》一文:
http://post.baidu.com/f?kz=151458812
db05s0511 2007-11-23
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medie2005 2007-11-23
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不好意思,看错了,格林和陶哲轩的证明与楼主的命题不一致。
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  本书讲解了100个各种类型的Java编程趣味题的求解过程,旨在帮助读者培养编程兴趣,拓宽Java编程思维,提高Java编程能力,掌握用程序设计解决实际问题的方法与技巧。本书取材注重趣味性与实用性,内容涵盖了Java编程的基础知识和常用算法,讲解时给出了实例的详细代码及注释。本书附带1张光盘,收录了本书配套多媒体教学视频及实例源文件,可大大方便读者高效、直观地学习本书内容。   本书共分11章。第1章介绍了8个常见的变幻多姿的图表;第2章介绍了12个身边的数学问题;第3章介绍了8个趣味整数;第4章介绍了9个趣味素数;第5章介绍了8个趣味方程;第6章介绍了8个趣味分数;第7章介绍了10个逻辑推理;第8章介绍了8个趣味变幻;第9章介绍了9个定理与猜想;第10章介绍了9个趣味游戏;第11章介绍了11个其他趣味问题。   本书适合高校、职业技术院校及社会培训学校的学生阅读,也适合Java编程爱好者阅读,还可作为各级程序设计选拔赛和全国青少年信息学奥林匹克竞赛的参考书。 目录 第1章 变幻多姿的图表( 教学视频:69分钟) 1 1.1 金字塔图案 1 1.2 九九乘法表 3 1.3 余弦曲线 5 1.4 奥运五环旗 10 1.5 杨辉三角 12 1.6 国际象棋棋盘 16 1.7 心形图 19 1.8 回型矩阵 22 1.9 小结 26 第2章 身边的数学问题( 教学视频:59分钟) 27 2.1 黑色星期五 27 2.2 个人所得税 29 2.3 存钱问题 34 2.4 赛场统分 35 2.5 肇事车辆 37 2.6 分糖果 39 2.7 天平称物 43 2.8 平分七框梨 48 2.9 一维多项式计算 51 2.10 线性方程求解 55 2.11 非线性方程求解(牛顿迭代法) 62 2.12 非线性方程求解(二分法) 65 2.13 小结 68 第3章 趣味整数( 教学视频:51分钟) 69 3.1 不重复的3位数 69 3.2 水仙花数 71 3.3 完全数 74 3.4 相亲数 76 3.5 黑洞数 78 3.6 勾股数 81 3.7 自守数 84 3.8 3位反序数 86 3.9 小结 87 第4章 趣味素数( 教学视频:61分钟) 88 4.1 素数 88 4.2 孪生素数 91 4.3 金蝉素数 93 4.4 可逆素数 97 4.5 回文素数 101 4.6 平方回文素数 104 4.7 梅森尼数 107 4.8 哥德巴赫猜想 109 4.9 等素数数列 ...

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