MathLabs

Bài toán mở, Số học và Lý thuyết số, nêu năm 100

Số hoàn hảo lẻ

Còn mở

Có tồn tại số nguyên dương lẻ NN nào bằng tổng các ước dương thực sự của chính nó — hay tương đương, một số nguyên lẻ N≥1N \ge 1 thỏa mãn σ(N)=2N\sigma(N) = 2N, trong đó σ(N)=∑d∣Nd\sigma(N) = \sum_{d \mid N} d là hàm tổng các ước hay không?

Hiện trạng nghiên cứu tính đến năm 2026

Tính đến năm 2026, chưa một số hoàn hảo lẻ nào được tìm thấy, và việc nó có thể tồn tại hay không vẫn còn để ngỏ. Thay vì một chứng minh trực tiếp cho sự không tồn tại, các nhà toán học đã thiết lập một mạng lưới dày đặc các điều kiện cần mà bất kỳ số hoàn hảo lẻ giả định NN nào cũng phải thỏa mãn: theo định lý Euler, N=qkm2N = q^k m^2 trong đó qq là số nguyên tố thỏa mãn q≡k≡1(mod4)q \equiv k \equiv 1 \pmod{4} và gcd⁡(q,m)=1\gcd(q, m) = 1; N>101500N > 10^{1500} và tổng số ước nguyên tố tính cả bội là Ω(N)≥101\Omega(N) \ge 101 (Ochem–Rao, 2012); NN có ít nhất ω(N)≥10\omega(N) \ge 10 ước nguyên tố phân biệt, và ω(N)≥15\omega(N) \ge 15 nếu 3∤N3 \nmid N (Nielsen, 2015); ước nguyên tố lớn nhất của nó vượt quá 10810^8 (Goto–Ohno, 2008), ước nguyên tố lớn thứ hai vượt quá 10410^4, và thành phần lũy thừa nguyên tố lớn nhất vượt quá 106210^{62}. Tuy nhiên, các phân tích đa thức chia đường tròn của σ(pa)=∏d∣(a+1),d>1Φd(p)\sigma(p^a) = \prod_{d \mid (a+1), d>1} \Phi_d(p) cũng áp dụng y hệt cho các phân tích 'giả' (spoof) nơi một thừa số nguyên tố bị thay bằng hợp số giả nguyên tố, và vì số giả 198585576189198585576189 của Descartes thực sự tồn tại, các dây chuyền chia hết thuần túy cục bộ vấp phải một rào cản số giả trừ phi khai thác được tính chất toàn cục sâu hơn của số nguyên tố.

Kết quả tốt nhất đã biết

  • Định lý cấu trúc của Euler: mọi số hoàn hảo lẻ đều có dạng N=qkm2N = q^k m^2 với qq nguyên tố, gcd⁡(q,m)=1\gcd(q, m) = 1 và q≡k≡1(mod4)q \equiv k \equiv 1 \pmod{4} (Euler, 1747).
  • Mọi số hoàn hảo lẻ đều thỏa mãn N>101500N > 10^{1500}, có Ω(N)≥101\Omega(N) \ge 101 ước nguyên tố tính cả bội, và có một thành phần lũy thừa nguyên tố >1062> 10^{62} (Ochem–Rao, 2012).
  • Mọi số hoàn hảo lẻ có ít nhất ω(N)≥10\omega(N) \ge 10 ước nguyên tố phân biệt, và ω(N)≥15\omega(N) \ge 15 nếu 3∤N3 \nmid N (Nielsen, 2015).

Công cụ và chỗ dừng

Công cụĐạt đượcChỗ dừng
Dây chuyền phân tích chia đường tròn và tìm kiếm nhánh-cận (Brent–Cohen–Ochem–Rao)Lan truyền các ước nguyên tố của σ(pa)=∏d∣(a+1),d>1Φd(p)\sigma(p^a) = \prod_{d \mid (a+1), d>1} \Phi_d(p) qua phương trình σ(N)=2N\sigma(N) = 2N bằng bảng phân tích đa thức chia đường tròn để loại bỏ mọi ứng viên tới 10150010^{1500}.Bất kỳ cây tìm kiếm hữu hạn nào cũng chỉ có thể đẩy chặn dưới của NN lên cao hơn và vấp phải các hợp số hàng trăm chữ số chưa phân tích được ở các nhánh sâu.
Bất đẳng thức độ dồi dào và chặn Diophantine cho ω(N)\omega(N) (Sylvester, Nielsen)Dùng bất đẳng thức ∏i=1ω(N)σ(piai)piai=2<∏i=1ω(N)pipi−1\prod_{i=1}^{\omega(N)} \frac{\sigma(p_i^{a_i})}{p_i^{a_i}} = 2 < \prod_{i=1}^{\omega(N)} \frac{p_i}{p_i - 1} để chặn các ước nguyên tố nhỏ nhất khi cố định ω(N)\omega(N), qua đó loại bỏ ω(N)≤9\omega(N) \le 9.Mỗi bước tăng ω(N)\omega(N) đều gây bùng nổ tổ hợp số trường hợp, đồng thời các quan hệ nhân tính thuần túy cục bộ cũng đúng cho cả số hoàn hảo lẻ 'giả' kiểu Descartes — vốn thực sự tồn tại.

Câu hỏi còn mở

  • Liệu có thể chứng minh không có số hoàn hảo lẻ nào chia hết cho 33, 55 hoặc 77 — hay tổng quát hơn là thiết lập một chặn dưới cho ước nguyên tố nhỏ nhất tăng nhanh hơn chặn trên do ω(N)\omega(N) áp đặt?
  • Liệu có một bất biến nào phân biệt được phân tích thừa số nguyên tố thật với các phân tích giả kiểu Descartes đủ mạnh để vượt qua rào cản số giả trong phương trình σ(N)=2N\sigma(N) = 2N hay không?

Tài liệu tham khảo

  1. Leonard Eugene Dickson (1919). History of the Theory of Numbers, Volume I: Divisibility and Primality
  2. Pascal Ochem, Michaël Rao (2012). Odd perfect numbers are greater than 10150010^{1500} · DOI:10.1090/s0025-5718-2012-02563-4
  3. Pace P. Nielsen (2015). Odd perfect numbers, Diophantine equations, and upper bounds · DOI:10.1090/s0025-5718-2015-02941-x
  4. Takeshi Goto, Yasuo Ohno (2008). Odd perfect numbers have a prime factor exceeding 10810^8 · DOI:10.1090/s0025-5718-08-02050-4