The Oldest Unsolved Problem in Math

Veritasium
7 Mar 202431:32

Summary

TLDR这个视频讲述了数学史上最古老的未解之谜——完美数。完美数是那些等于其所有正因数(除了自身)之和的数。视频探讨了完美数的历史,从古希腊时期到现代计算机的搜索,以及数学家们对这一领域的重要贡献。尽管已知的完美数非常少,且都是偶数,但数学家们仍在寻找可能存在的奇数完美数。视频还讨论了完美数的研究对现代密码学的影响,以及数学探索的价值。

Takeaways

  • 📚 数学史上最古老的未解之谜之一是关于完美数的存在性,这个问题可以追溯到2000年前。
  • 🔢 完美数是那些等于其所有真因数之和的数,例如6(1+2+3)和28(1+2+4+7+14)等。
  • 💡 欧几里得发现了生成偶完美数的公式,即2^(p-1) * (2^p - 1),当2^p - 1是质数时。
  • 🔍 数学家们已经使用计算机检查了高达10^2200的数,但仍未找到任何新的完美数。
  • 🤔 尽管欧几里得的方法可以生成偶完美数,但是否还有其他方式生成完美数,包括奇完美数,至今仍是个谜。
  • 📈 完美数的发现与梅森质数(Mersenne Primes)紧密相关,梅森质数的指数形式为2^p - 1。
  • 🚀 计算机和互联网的兴起极大地加速了梅森质数和完美数的发现过程。
  • 🌐 GIMPS项目(Great Internet Mersenne Prime Search)通过分布式计算,让全球志愿者参与寻找梅森质数。
  • 🏆 如果个人计算机发现了新的梅森质数,发现者将被列入发现者名单,并有机会获得奖金。
  • 🔮 尽管目前已知的完美数都是偶数,但数学家们仍在探索奇完美数的可能性,尽管存在一些启发式论证表明它们可能不存在。
  • 🌟 数论的研究可能在短期内没有实际应用,但长远来看,它可能对加密学等领域产生重大影响。

Q & A

  • 什么是完美数?

    -完美数是指一个数恰好等于它的所有正因数(除了它本身)之和。例如,6的因数有1、2和3,1+2+3=6,所以6是一个完美数。

  • 目前已知的完美数有哪些特点?

    -目前已知的完美数都是偶数,且每个下一个完美数比前一个大一位,且以6和8交替结尾。它们都可以表示为连续自然数的和,并且除了6以外,每个完美数都是连续奇数的立方和。

  • 欧几里得是如何发现完美数的模式的?

    -欧几里得发现了一个模式,即从1开始,不断翻倍并加1,如果得到一个质数,就将其乘以序列中的最后一个数,得到的乘积就是一个完美数。

  • 梅森素数与完美数有什么关系?

    -梅森素数是形如2^p - 1的质数,其中p也是一个质数。当梅森素数存在时,2^(p-1)(2^p - 1)就是一个完美数。

  • 为什么寻找完美数如此困难?

    -寻找完美数困难是因为梅森素数非常稀少,而且随着数字的增大,检查一个梅森数是否为质数所需的计算量急剧增加。

  • 目前已知的最大完美数是多少?

    -截至视频录制时,已知的最大完美数是2^77,232,917 - 1,它是一个超过2300万位的数。

  • 是否存在奇数完美数?

    -目前还没有发现奇数完美数,也没有证明它们不存在。这是一个未解决的数学问题。

  • 为什么数学家对完美数问题如此感兴趣?

    -完美数问题古老、简单且美丽,它激发了数学家的好奇心,并推动了数学理论的发展。

  • 数学家如何使用计算机来寻找完美数?

    -数学家使用计算机程序来检查大范围的梅森数是否为质数,从而发现新的完美数。

  • 什么是Great Internet Mersenne Prime Search (GIMPS)?

    -GIMPS是一个分布式计算项目,它允许志愿者使用自己的计算机帮助寻找梅森素数。

  • 数学家如何证明所有已知的偶数完美数都符合欧几里得的形式?

    -欧拉通过发明σ函数(sigma function)并证明每个偶数完美数的σ函数都是其本身的两倍,从而证明了所有已知的偶数完美数都符合欧几里得的形式。

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