423-1)=…………2,663
21. 29,688 (29,689-1) =…………5,834
22. 29,940 (29,94l-l)=…………5,985
23. 211,212 (211,213-1)=…………6,751
24. 219,36 (219,937-1)=…………12,003
25. 221,700 (221,701-1)=…………13,066
26. 223,208 (223,209-1)=…………13,973
27. 244,496 (244,497-1)=…………26,790
28. 286,242 (286,243-1)=…………51,924
29. 2132,048 (2132,049-1)=…………79,502
30. 2216,090 (2216,091-1)=…………130,100
这4个数是由公式2n-1(2n-1)当n=2,3,5和7时推出来的。算式如下:
n=2,21(22-1)=2(3)=6
n=3,22(23-1)=4(7)=28
n=5,24(25-1)=16(31)=496
n=7,26(27-1)=64(127)=8,128
欧几里得看出,在全部的4个算式中,2n-1是素数(3,7,31和127)。这种发现促使他证明一个重要的定理:当2n-1为素数时,那么公式2n-1(2n-1)则得出偶数完全数。
欧几里得的证明使得完全数理论有了一个兴旺的开端。但由于其他数学家的短视,这一理论进展缓慢。许多思想精微的人自以为他们看出了数字模式,其实这些数字并不存在。如果他们看得更远一点,他们就会发现这种模式是虚幻的。
古人观察到,前4个完全数都是以6和8结尾的。进一步说,最后一个阿拉伯数字似乎是6,8,6,8地交替出现。所以有人推测,完全数最后一个阿拉伯数总会是6或8,并且它们会继续交替出现。第五个完全数——古代人并不知道——的确是以6结尾的。但第六个完全数也是以6结尾的,这就打破了交替出现的模式。然而,关于最后一个阿拉伯数字总是6或8这一点,古人还是正确的。今天,数学家可以研究30个完全数——比古人多出7倍以上——但他们还必须找出尾数为6和8的模式。
古人还观察到,第一个完全数有一位数字,第二位完全数有2位数字,第三个有3位数,第四个有4位数。所以他们推测,第五个完全数会有5位数。在欧几里得故去17个世纪后发现了第五个完全数,它赫然具有8位数:33,550,336。并且位数继续迅速增多,以下3个完全数分别为8,589,869,056;137,438,691,328;和2,305,843,008,139,952,128。
欧几里得证明了一旦2n-1是素数,那么2n-1(2n-1)就会得出一个完全数,但他并没有说n的哪一个整数值会使2n-1成为素数。由于使2n-1为素数的前4个n值为前4个素数(2,3,5,7),可能有人推测:如n为素数,2n-1也会是素数。那么,让我们来试试看第五个素数:11。如n=11,2n-1则为2,047,而2,047并非素数(它是23和89的积)。真实情况是:要使2n-1为素数,n必须是素数,而n为素数并不就意味着2n-1是素数。事实上,对于n的大多数素数值来说,2n-1并不是素数。
由2n-1一式得出的数列现在称作默塞纳数列,马林·默塞纳是17世纪的巴黎僧侣,他在尽僧职之余抽空进行数论的研究。根据欧几里得的公式,每发现一个新的默塞纳素数,就会自动出现一个完全数。 1644年,默塞纳自己说,213-1,217-1和219-1这3个默塞纳数是素数(8,191;131,071和524,287)。这位僧侣还声称267-1这个巨大的默塞纳数会是位素数。在250多年的时间里,没有人对这一大胆的声言提出疑问。
1903年,在美国数学协会的一次会议上,哥伦比亚大学教授弗兰克·纳尔逊·科尔提交了一篇慎重的论文,题为:论大数的分解因子。数学史家埃里克·坦普·贝尔记下这一时刻所发生的事:“一向沉默寡言的科尔走上台去,不言不语地开始在黑板上计算267。然后小心地减去1,得出21位的庞大数字:
147,573,952,589,676,412,927。
他仍一语不发地移到黑板上的空白处,一步步做起了乘法运算:
193,707,721×761,838,257,287
两次计算结果相同。默塞纳的猜想——假如确曾如此的话——就此消失在数学神