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第 1/7 步:什么是素数,以及证明的目标
通俗地说

不妨把素数想象成乘法中不可再分的“原子”:像2、3、5、7这样的数无法拆成更小整数的乘积,而像6 = 2 × 3或12 = 2 × 2 × 3这样的数则是由素数相乘拼成的。当我们数到几百万、几十亿时,素数似乎变得越来越稀疏、越来越难找,这自然引出一个问题:素数最终会用尽吗,还是会无穷无尽地延续下去?

P={2,3,5,7,11,13,… },∣P∣=∞\mathbb{P} = \{2, 3, 5, 7, 11, 13, \dots\}, \quad |\mathbb{P}| = \infty
详细分析

素数是正因数只有 11 和其自身 pp 的整数 p>1p > 1;大于 11 且不是素数的整数称为合数,因为它可以分解为 a⋅ba \cdot b(其中 1<a,b<n1 < a, b < n)。在《几何原本》(约公元前300年)第七卷定义11和定义13中,欧几里得用几何语言表述道:素数是“仅被单位量尽的数”,而合数是“被某个数量尽的数”。

我们的目标是证明欧几里得《几何原本》第九卷命题20:“素数比任何给定数量的素数都要多”——用现代记号来说,全体素数的集合 P\mathbb{P} 是无穷集(∣P∣=∞|\mathbb{P}| = \infty)。欧几里得并没有尝试写出一个按顺序生成所有素数的公式,而是展示了如何从任意给定的有限个素数出发,构造出至少一个不在该集合中的新素数。

本步骤中的术语
素数(质数)
大于1且只能被1和它本身整除的整数(例如2、3、5、7、11)。
合数
大于1且不是素数的整数,即可以写成两个大于1的更小整数之积的数(例如4 = 2 × 2或15 = 3 × 5)。
本步骤用到的知识