MathLabs

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 Mp=2p−1M_p = 2^p - 1(其中 pp 本身也是素数)的素数。

研究前沿 截至2026年

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 MpM_p 为素数的“期望”概率视为(对素数 pp)eγln⁡2⋅1p\frac{e^\gamma}{\ln 2}\cdot\frac{1}{p},预测指数不超过 XX 的梅森素数约有 eγln⁡2ln⁡X\frac{e^\gamma}{\ln 2}\ln X 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 41,024,32041{,}024{,}320 位数字的 2136279841−12^{136279841}-1(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 MpM_p 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

  1. Chris K. Caldwell (2024). Mersenne Primes: History, Theorems and Lists
  2. Samuel S. Wagstaff Jr. (1983). Divisors of Mersenne numbers · DOI:10.1090/S0025-5718-1983-0679454-X
  3. Great Internet Mersenne Prime Search (2024). GIMPS Discovers Largest Known Prime Number: 2^136279841-1