未解决问题,算术与数论,1644年提出
梅森素数的无穷性
未解决
存在无穷多个梅森素数,即形如 (其中 本身也是素数)的素数。
截至2026年,梅森素数的无穷性仍未解决。目前只知道52个,是通过 GIMPS 用卢卡斯–莱默检验法测试了所有指数至约1.36亿而找到的。伦斯特拉–波梅兰斯–瓦格斯塔夫启发式方法将每个 为素数的“期望”概率视为(对素数 ),预测指数不超过 的梅森素数约有 个——这是一个发散、即无穷的计数——且与已知列表吻合良好,但这只是概率模型,并非证明。
已知最佳结果
- 截至2024年,已知52个梅森素数,最大的是拥有 位数字的 (卢克·杜兰特/GIMPS,2024年)。
- 伦斯特拉–波梅兰斯–瓦格斯塔夫启发式方法预测存在无穷多个梅森素数,且与观测到的数量吻合良好,但仍未被证明。
使用的方法及其局限
| 方法 | 取得的结果 | 局限所在 |
|---|---|---|
| 卢卡斯–莱默素性检验 | 为特定的 是否为素数提供了快速、确定性的检验,使 GIMPS 能够检验直到当前搜索前沿的每一个指数。 | 始终只能逐个检验有限多个候选数;它无法证明搜索永远不会枯竭。 |
| 伦斯特拉–波梅兰斯–瓦格斯塔夫启发式方法 | 预测某界限内梅森素数的期望数量与间隔,与历史记录吻合良好。 | 它是一个假设独立性的概率模型,该假设并未被严格证明,因此无法解决无穷性问题。 |
尚未解决的问题
- 是否存在任何证明——哪怕是以标准猜想为条件——表明存在无穷多个梅森素数?
- 是否存在奇完全数?如果不存在,能否在不先解决梅森素数问题的情况下证明这一点?
参考文献
- Chris K. Caldwell (2024). Mersenne Primes: History, Theorems and Lists
- Samuel S. Wagstaff Jr. (1983). Divisors of Mersenne numbers · DOI:10.1090/S0025-5718-1983-0679454-X
- Great Internet Mersenne Prime Search (2024). GIMPS Discovers Largest Known Prime Number: 2^136279841-1