陈氏定理,是由中国数学家陈景润于1966年发表的数论定理,1973年公布详细
证明方法。
定理定义
任何一个充分大的偶数都可以表示成一个
素数和一个不超过两个素数的
乘积之和。
发展简史
陈景润
1933年5月生于福建
福州,1996年3月19日在北京逝世。1953年毕业于
厦门大学,1957年到中科院数学所工作。他主要从事
解析数论的研究,并在哥德巴赫问题研究方面取得国际领先的成果。殆素数
分布问题、
华林问题、
格点问题、
算术级数中的
最小素数数学奖和
中国数学会华罗庚数学奖。他的事迹由
徐迟写成
报告文学,鼓舞了一代中国青年投身科学事业。
1966年,陈景润发表《大偶数表为一个
素数及一个不超过二个素数的乘积之和》(简称“1+2”),成为
哥德巴赫猜想研究上的里程碑。而他所发表的成果也被称之为陈氏定理。
1973年,《中国科学》杂志全文发表了陈景润的证明,他的“1+2”被国内外公认为哥德巴赫猜想研究的重要里程碑,迄今无人能及。有人说,他挑战了解析数论领域250年智力极限的总和。五年后,全国科学大会的召开,迎来了“科学的春天”,一个
尊重知识的新时代到来了。陈景润成为会上最大的亮点,也成为后来青年的偶像,激励了整整一代人。
哥德巴赫猜想
猜想
常见的猜想陈述为欧拉的版本,即任一大于2的
偶数都可写成两个
素数之和,亦称为“强
哥德巴赫猜想”或“关于偶数的哥德巴赫猜想”。
从关于偶数的哥德巴赫猜想,可推出:
任一大于7的奇数都可写成三个
质数之和的猜想。后者称为“
弱哥德巴赫猜想”或“关于奇数的哥德巴赫猜想”。
若关于偶数的
哥德巴赫猜想是对的,则关于奇数的哥德巴赫猜想也会是对的。弱哥德巴赫猜想尚未完全解决,但1937年时前
苏联数学家
维诺格拉多夫已经证明
充分大的
奇质数都能写成三个质数的和,也称为“哥德巴赫-维诺格拉朵夫定理”或“三素数定理”,数学家认为弱哥德巴赫猜想已基本解决。
途径
研究
偶数的哥德巴赫猜想的四个途径。这四个途径分别是:
殆素数,例外集合,小变量的三素数定理,以及几乎
哥德巴赫问题。
途径一:殆素数
殆素数就是素因子个数不多的
正整数1+1筛法得到的。
“a + b”问题的推进
1924年,德国的拉特马赫证明了“7 + 7”。
1932年,英国的埃斯特曼证明了“6 + 6”。
1937年,意大利的
蕾西先后证明了“5 + 7”, “4 + 9”, “3 + 15”和“2 + 366”。
1938年,
苏联的布赫 夕太勃(Byxwrao)证明了“5 + 5”。
1940年,苏联的布赫 夕太勃证明了“4 + 4”。
1948年,
匈牙利的瑞尼证明了“1+ c”,其中c是一很大的
自然数。
1956年,中国的
王元证明了“3 + 4”。稍后证明了 “3 + 3”和“2 + 3”。
1962年,中国的
潘承洞和苏联的巴尔巴恩证明了“1 + 5”, 中国的
王元证明了“1 + 4”。
1965年,苏联的布赫夕太勃和小维诺格拉多夫,及意大利的朋比利证明了“1 + 3 ”。
1966年,中国的陈景润证明了 “1 + 2 ”。
途径二:例外集合
在
数轴上取定大整数x,再从x往前看,寻找使得哥德巴赫猜想不成立的那些偶数,即例外偶数。x之前所有例外偶数的个数记为E(x)。我们希望,无论x多大,x之前只有一个例外偶数,那就是2,即只有2使得猜想是错的。这样一来,哥德巴赫猜想就等价于E(x)永远等于1。当然,直到2013年还不能证明E(x)=1;但是能够证明E(x)远比x小。在x前面的偶数个数大概是x/2;如果当x趋于无穷
大时,E(x)与x的比值趋于零,那就说明这些例外偶数密度是零,即哥德巴赫猜想对于几乎所有的偶数成立。这就是例外集合的思路。
维诺格拉多夫的三素数定理发表于1937年。第二年,在例外集合这一途径上,就同时出现了四个证明,其中包括华罗庚先生的著名定理。
业余搞哥德巴赫猜想的人中不乏有人声称“证明”了哥德巴赫猜想在概率意义下是对的。实际上他们就是“证明”了例外偶数是零密度。这个结论华老早在60年前就真正证明出来了。
途径三:小变量的三素数定理
如果偶数的哥德巴赫猜想正确,那么奇数的猜想也正确。我们可以把这个问题反过来思考。已知奇数N可以表成三个素数之和,假如又能证明这三个素数中有一个非常小,譬如说第一个素数可以总取3,那么我们也就证明了偶数的哥德巴赫猜想。这个思想就促使潘承洞先生在1959年,即他25岁时,研究有一个小素变数的三素数定理。这个小素变数不超过N的θ次方。我们的目标是要证明θ可以取0,即这个小素变数
有界,从而推出
偶数的哥德巴赫猜想。潘承洞先生首先证明θ可取1/4。后来的很长一段时间内,这方面的工作一直没有进展,直到1995年
展涛教授把潘老师的定理推进到7/120。这个数已经比较小了,但是仍然大于0。
途径四:几乎哥德巴赫问题
1953年,
林尼克发表了一篇长达70页的论文。在文中,他率先研究了几乎哥德巴赫问题,证明了,存在一个固定的非负整数k,使得任何大偶数都能写成两个素数与k个2的方幂之和。这个定理,看起来好像丑化了哥德巴赫猜想,实际上它是非常深刻的。我们注意,能写成k个2的方幂之和的整数构成一个非常稀疏的集合;事实上,对任意取定的x,x前面这种整数的个数不会超过log x的k次方。因此,林尼克定理指出,虽然我们还不能证明哥德巴赫猜想,但是我们能在整数集合中找到一个非常稀疏的子集,每次从这个稀疏子集里面拿一个元素贴到这两个素数的表达式中去,这个表达式就成立。这里的k用来衡量几乎哥德巴赫问题向哥德巴赫猜想逼近的程度,数值较小的k表示更好的
逼近度。显然,如果k等于0,几乎哥德巴赫问题中2的方幂就不再出现,从而,林尼克的定理就是哥德巴赫猜想。
林尼克1953年的论文并没有具体定出k的可容许数值,此后四十多年间,人们还是不知道一个多大的k才能使林尼克定理成立。但是按照林尼克的论证,这个k应该很大。1999年,作者与廖明哲及
王天泽两位教授合作,首次定出k的可容许值54000。这第一个可容许值后来被不断改进。其中有两个结果必须提到,即
李红泽、王天泽独立地得到k=2000。最好的结果k=13是英国数学家希思-布朗(D. R. Heath-Brown)和德国数学家普赫塔(Puchta)合作取得的,这是一个很大的突破。