求歐幾里得完美數公式的證明,如何證明這種歐幾里得演算法的正確性

2021-03-04 05:37:00 字數 7527 閱讀 3414

1樓:

不含質數

(2^p-1)的真因子,即2^(p-1)的真因子有p-1個(包括1)並且成等比數列,和s=(1-2^(p-1))/(1-2)=2^(p-1)-1

對應的,含質數(2^p-1)的真因子也有p-1個,即上面的所有真因子×(2^p-1)

顯然,其和=s*(2^p-1)

所以(2^p-1)x2^(p-1)的所有真因子和=s+s*(2^p-1)=(2^p-1)×2^(p-1)=本身

所以(2^p-1)x2^(p-1)是乙個完全數。得證。

如何證明這種歐幾里得演算法的正確性

2樓:蕭甜舔

歐幾里德演算法又稱輾轉相除法,用於計算兩個整數a,b的最大公約數.其計算原理依賴於下面的定理:

定理:***(a,b) = ***(b,a

mod b)

證明:a可以表示成a = kb +

r,則r = a mod b

假設d是a,b的乙個公約數,則有

d|a,

d|b,而r = a - kb,因此d|r

因此d是(b,a

mod b)的公約數

假設d 是(b,a

mod b)的公約數,則

d | b ,d

|r ,但是a = kb +r

因此d也是(a,b)的公約數

因此(a,b)和(b,a mod

b)的公約數是一樣的,其最大公約數也必然相等,得證

歐幾里德演算法就是根據這個原理來做的,其演算法用c++語言描述為:

int***(int a,int b)

當然你也可以寫成迭代形式:

int***(int a,int b)

returna;}

本質上都是用的上面那個原理.

補充:擴充套件歐幾里德演算法是用來在已知a,

b求解一組x,y使得a*x+b*y=***(a,b)(解一定存在,根據數論中的相關定理).擴充套件歐幾里德常用在求解模線性方程及方程組中.下面是乙個使

用c++的實現:

&y)int r =

ex***(b,a % b,x,y);

int t =

x;x =

y;y = t - a

/ b * y;

returnr;}

把這個實現和***的遞迴實現相比,發現多了下面的x,y賦值過程,這就是擴充套件歐幾里德演算法的精髓.

可以這樣思考:

對於a' = b,

b' = a % b 而言,我們求得 x,y使得 a'x + b'y = ***(a',b')

由於b' = a

% b = a - a / b * b (注:這裡的/是程式語言中的除法)

那麼可以得到:

a'x + b'y

= ***(a',b') ===>

bx + (a - a / b * b)y = ***(a',b') = ***(a,b)

===>

ay +b(x - a / b*y) = ***(a,b)

因此對於a和b而言,他們的相對應的p,q分別是

y和(x-a/b*y).

在網上看了很多關於不定方程方程求解的問題,可都沒有說全,都只說了一部分,看了好多之後才真正弄清楚不定方程的求解全過程,步驟如下:

求a * x

+ b * y = n的整數解.

1、先計算***(a,b),若n不能被***(a,b)整除,則方程無整數解;否則,在方程兩邊同時除以***(a,b),得到新的不定方程a'

* x + b' * y = n',此時***(a',b')=1;

2、利用上面所說的歐幾里德演算法求出方程a' * x + b' * y = 1的一組整數解x0,y0,則n' * x0,n' *

y0是方程a' * x + b' * y = n'的一組整數解;

3、根據數論中的相關定理,可得方程a'

* x + b' * y = n'的所有整數解為:

x = n' * x0 + b' * t

y = n' * y0 - a' * t

(t為整數)

上面的解也就是a * x + b * y = n 的全部整數解.

步驟如下:

擴充套件歐幾里德演算法-求解不定方程,線性同餘方程:

解不定方程ax + by = n的步驟如下:

(1)計算***(a,b).若***(a,b)不能整除n,則方程無整數解;否則,在方程的兩邊同除以***(a,b),

得到新的不定方程a'x + b'y = n',此時***(a',b') = 1

(2)求出不定方程a'x + b'y = 1的一組整數解x0,y0,則n'x0,n'y0是方程a'x + b'y = n'的一組整數解.

(3)根據&@^%w#&定理,可得方程a'x + b'y = n'的所有整數解為:

x = n'x0 + b't

y = n'y0 - a't

(t為整數)

這也就是方程ax + by = n的所有整數解

利用擴充套件的歐幾里德演算法,計算***(a,b)和滿足d = ***(a,b) = ax0 + by0的x0和y0,

也就是求出了滿足a'x0 + b'y0 = 1的一組整數解.因此可得:

x = n/d * x0 + b/d * t

y = n/d * y0 - a/d * t

(t是整數)

program oujilide;

var i,j,a,b,c,d,x,y:longint;

function ***(a,b:longint):longint;

var i:longint;

begin

if a=0 then exit(b);

if b=0 then exit(a);

***:=***(b,a mod b);

end;

procedure extend_***(a,b:longint;var x,y:longint);

var i,j:longint;

begin

if b=0 then

begin

x:=1;

y:=0;

exit

end;

extend_***(b,a mod b,x,y);

i:=x;

x:=y;

y:=i-(a div b)*x;

end;

begin

assign(input,'oujilide.in');

reset(input);

assign(output,'oujilide.out');

rewrite(output);

read(a,b,c);

d:=***(a,b);

if c mod d=0 then begin a:=a div d; b:=b div d; c:=c div d; end

else begin writeln('no answer!'); exit; end;

extend_***(a,b,x,y);

x:=c*x;

y:=c*y;

writeln(x,' ',y);

end.

歐幾里得的人物故事

3樓:萬里長城

懂幾何者

歐幾里得(euclid)是古希臘著名數學家、歐氏幾何學開創者。歐幾里得出生於雅典,當時雅典就是古希臘文明的中心。濃郁的文化氣氛深深地感染了歐幾里得,當他還是個十幾歲的少年時,就迫不及待地想進入柏拉圖學園學習。

一天,一群年輕人來到位於雅典城郊外林蔭中的柏拉圖學園。只見學園的大門緊閉著,門口掛著一塊木牌。上面寫著:

「不懂幾何者,不得入內! 」這是當年柏拉圖親自立下的規矩,為的是讓學生們知道他對數學的重視,然而卻把前來求教的年輕人給鬧糊塗了。

有人在想,正是因為我不懂數學,才要來這兒求教的呀,如果懂了,還來這兒做什麼?正在人們面面相覷,不知是進是退的時候,歐幾里得從人群中走了出來,只見他整了整衣冠,看了看那塊牌子,然後果斷地推開了學園大門,頭也沒有回地走了進去。

量金字塔

那時候,人們建造了高大的金字塔,可是誰也不知道金字塔究竟有多高。有人這麼說:「要想測量金字塔的高度,比登天還難!」這話傳到歐幾里得耳朵裡。

他笑著告訴別人:「這有什麼難的呢?當你的影子跟你的身體一樣長的時候,你去量一下金字塔的影子有多長,那長度便等於金字塔的高度!」

4樓:格雷

歐幾里得(euclid)是古希臘著名數學家、歐氏幾何學開創者。歐幾里得出生於雅典,當時雅典就是古希臘文明的中心。濃郁的文化氣氛深深地感染了歐幾里得,當他還是個十幾歲的少年時,就迫不及待地想進入柏拉圖學園學習。

一天,一群年輕人來到位於雅典城郊外林蔭中的柏拉圖學園。只見學園的大門緊閉著,門口掛著一塊木牌,上面寫著:「不懂幾何者,不得入內!

」這是當年柏拉圖親自立下的規矩,為的是讓學生們知道他對數學的重視,然而卻把前來求教的年輕人給鬧糊塗了。有人在想,正是因為我不懂數學,才要來這兒求教的呀,如果懂了,還來這兒做什麼?正在人們面面相覷,不知是進是退的時候,歐幾里得從人群中走了出來,只見他整了整衣冠,看了看那塊牌子,然後果斷地推開了學園大門,頭也沒有回地走了進去。

最早的幾何學興起於西元前7世紀的古埃及,後經古希臘等人傳到古希臘的都城,又借畢達哥拉斯學派系統奠基。在歐幾里得以前,人們已經積累了許多幾何學的知識,然而這些知識當中,存在乙個很大的缺點和不足,就是缺乏系統性。大多數是片斷、零碎的知識,公理與公理之間、證明與證明之間並沒有什麼很強的聯絡性,更不要說對公式和定理進行嚴格的邏輯論證和說明。

因此,隨著社會經濟的繁榮和發展,特別是隨著農林畜牧業的發展、土地開發和利用的增多,把這些幾何學知識加以條理化和系統化,成為一整套可以自圓其說、前後貫通的知識體系,已經是刻不容緩,成為科學進步的大勢所趨。歐幾里得通過早期對柏拉圖數學思想,尤其是幾何學理論系統而周詳的研究,已敏銳地察覺到了幾何學理論的發展趨勢。

他下定決心,要在有生之年完成這一工作,成為幾何第一人。為了完成這一重任,歐幾里得不辭辛苦,長途跋涉,從愛琴海邊的雅典古城,來到尼羅河流域的埃及新埠—亞歷山卓城,為的就是在這座新興的,但文化蘊藏豐富的異域城市實現自己的初衷。在此地的無數個日日夜夜裡,他一邊收集以往的數學專著和手稿,向有關學者請教,一邊試著著書立說,闡明自己對幾何學的理解,哪怕是尚膚淺的理解。

經過歐幾里得忘我的勞動,終於在西元前300年結出豐碩的果實,這就是幾經易稿而最終定形的《幾何原本》一書。這是一部傳世之作,幾何學正是有了它,不僅第一次實現了系統化、條理化,而且又孕育出乙個全新的研究領域——歐幾里得幾何學,簡稱歐氏幾何。直到今天,他所創作的幾何原本仍然是世界各國學校裡的必修課,從小學到初中、大學、再到現代高等學科都有他所創作的定律、理論和公式應用。

在柏拉圖學派晚期導師普羅克洛斯(約410~485)的《幾何學發展概要》中,就記載著這樣一則故事,說的是數學在歐幾里得的推動下,逐漸成為人們生活中的乙個時髦話題(這與當今社會截然相反),以至於當時亞里山大國王托勒密一世也想趕這一時髦,學點兒幾何學。

雖然這位國王見多識廣,但歐氏幾何卻令他學的很吃力。於是,他問歐幾里得「學習幾何學有沒有什麼捷徑可走?」,歐幾里得笑道:

「抱歉,陛下!學習數學和學習一切科學一樣,是沒有什麼捷徑可走的。學習數學,人人都得獨立思考,就像種莊稼一樣,不耕耘是不會有收穫的。

在這一方面,國王和普通老百姓是一樣的。」 從此,「在幾何學裡,沒有專為國王鋪設的大道。」這句話成為千古傳誦的學習箴言。

此外,歐幾里得在《幾何原本》中還對完全數做了**,他通過 2^(n-1)·(2^n-1) 的表示式發現頭四個完全數的。

當 n= 2: 2^1(2^2-1) = 6 當 n= 3: 2^2(2^3-1) = 28 當 n= 5:

2^4(2^5-1) = 496 當 n= 7: 2^6(2^7-1) = 8128 乙個偶數是完全數,當且僅當它具有如下形式:2^(n-1).

(2^n-1),此事實的充分性由歐幾里得證明,而必要性則由尤拉所證明。

其中2^(n)-1是素數,上面的6和28對應著n=2和3的情況。我們只要找到了乙個形如2^(n)-1 的素數(即梅森素數),也就知道了乙個偶完全數。在手算時代梅森素數可使人們更方便的計算完全數,在計算機時代更是得到了廣泛深入的應用,計算機的cpu可以更方便的計算各種數。

儘管沒有發現奇完全數,但是當代數學家奧斯丁·歐爾證明,若有奇完全數,則其形式必然是12p+ 1或36p+ 9的形式,其中p是素數。在10^300以下的自然數中奇完全數是不存在的。

首五個完全數是:628

4968128

33550336(8位) 《幾何原本》是一部集前人思想和歐幾里得個人創造性於一體的不朽之作。這部書已經基本囊括了幾何學從西元前7世紀的古希臘,一直到西元前4世紀——歐幾里得生活時期——前後總共400多年的數學發展歷史。

它不僅儲存了許多古希臘早期的幾何學理論,而且通過歐幾里得開創性的系統整理和完整闡述,使這些遠古的數學思想發揚光大。它開創了古典數論的研究,在一系列公理、定義、公設的基礎上,創立了歐幾里得幾何學體系,成為用公理化方法建立起來的數學演繹體系的最早典範。

全書共分13卷。書中包含了5條「公理」、5條「公設」、23個定義和467個命題。

在每一捲內容當中,歐幾里得都採用了與前人完全不同的敘述方式,即先提出公理、公設和定義,然後再由簡到繁地證明它們。這使得全書的論述更加緊湊和明快。

而在整部書的內容安排上,也同樣貫徹了他的這種獨具匠心的安排。它由淺到深,從簡至繁,先後論述了直邊形、圓、比例論、相似形、數、立體幾何以及窮竭法等內容。其中有關窮竭法的討論,成為近代微積分思想的**。

照歐氏幾何學的體系,所有的定理都是從一些確定的、不需證明而礴然為真的基本命題即公理演繹出來的。在這種演繹推理中,對定理的每個證明必須或者以公理為前提,或者以先前就已被證明了的定理為前提,最後做出結論。對後世產生了深遠的影響。

他最著名的著作《幾何原本》是歐洲數學的基礎,總結了平面幾何五大公設,被廣泛的認為是歷史上最成功的教科書。歐幾里得也寫了一些關於透視、圓錐曲線、球面幾何學及數論的作品。歐幾里得使用了公理化的方法。

這一方法後來成了建立任何知識體系的典範,在差不多二千年間,被奉為必須遵守的嚴密思維的範例。

除了《幾何原本》之外,他還有不少著作,可惜大都失傳。歐幾里得還有另外五本著作流傳至今。它們與《幾何原本》一樣,內容都包含定義及證明。

《已知數》(data)是除《原本》之外惟一儲存下來的他的希臘文純粹幾何著作,體例和《原本》前6卷相近,包括94個命題。指出若圖形中某些元素已知,則另外一些元素也可以確定。

《圓形的分割》(on divisions of figures)現存拉丁文本與阿拉伯文本,論述用直線將已知圖形分為相等的部分或成比例的部分,內容與希羅(heron of alexandria)的作品相似。

《反射光學》(catoptrics)論述反射光在數學上的理論,尤其論述形在平面及凹鏡上的影象。可是有人置疑這本書是否真正出自歐幾里得之手,它的作者可能是提奧(theon of alexandria)。

《現象》(phenomena)是一本關於球面天文學的**,現存希臘文本。這本書與奧托呂科斯(autolycus of pitane)所寫的on the moving sphere相似。

《光學》(optics)早期幾何光學著作之一,現存希臘文本。這本書主要研究透視問題,敘述光的入射角等於反射角等。認為視覺是眼睛發出光線到達物體的結果。

還有一些著作未能確定是否屬於歐幾里得,而且已經散失。

如何證明素數的個數是無限的,歐幾里得怎麼證明質數個數是無限的

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