歐幾里得-歐拉定理

每個孤獨的梅森質數,都伴隨一個完美的數

每個孤獨的梅森質數,都伴隨一個完美的數

每個孤獨的梅森質數,都伴隨一個完美的數

質數是孤獨的,它的因數就只有1和它自己,不像6還有2和3,15還有3和5,但質數卻再也沒有其它因數,就像一個沒有任何朋友的小孩,只能抱著1這個布娃娃,自己玩耍。

2p-1這種形式的梅森質數當然也是如此。不過,如果把-1挪個位置,移到指數p的後面,再和自己相乘的話,奇蹟就出現了:2p-1 x (2p-1) 會是個完美的數字(perfect number)。

什麼是完美數(也譯為完全數或完備數)?這是種很特別的自然數,它所有的真因數(即除了自身以外的因數)加起來,恰恰等於它本身。例如6的真因數有1、2、3,而1 + 2 + 3 = 6。

完美數很稀少,比日本壓縮機,比質數還稀少。第二個完美數是28(= 1 + 2 + 4 + 7 + 14),下一個是496,再來是8128,第五個就跳到8位數,到了第十個已經有54位數了。

早在西元前三百年左右,歐幾里得就證明當2p-1是質數時,2p-1 x (2p-1) 一定是完美數,例如前四個梅森質數便分別對應到前四個完美數:

P = 2 ➡︎ 21(22-1) = 2 x 3 = 6

P = 3 ➡︎ 22(23-1) = 4 x 7 = 28

P = 5 ➡︎ 24(25-1) = 16 x 31 = 496

P = 7 ➡︎ 26(27-1) = 64 x 127 = 8128

2p-1 x (2p-1) 一定是完美數,那麼反過來,每個完美數(註)也都是2p-1 x (2p-1) 的形式嗎?這個問題要等到與歐幾里得相隔兩千年的歐拉,才證明的確如此。也就是說,每個梅森質數都可得出一個完美數,每個完美數也都內含一個梅森質數。

截至目前為止,只發現了52個梅森質數,因此已知的完美數也就52個。而十月中旬發現目前最大的梅森質數2136279841-1,也就意謂著同時發現了目前最大的完美數2136279840 x (2136279841-1),共有82,048,640位數。

註:嚴格來說是「偶數的完美數」,因為不確定是否存在奇數的完美數。雖然無法排除這個可能性,但目前仍未發現奇數的完美數。

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