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聲明:從質數到基本粒子?(一)
送交者: 聲明 2010年01月23日19:24:20 於 [教育學術] 發送悄悄話

質數似乎分布得毫無規律。多少超級聰明的數學家嘔心瀝血一生研究質數,卻毫無建樹。

但是,一個數學家一旦在質數研究方面有所建樹,他也會因而名聲大噪。1737年,Euler發表了他著名的乘積公式:

1/(1 - 2^(-s))*(1-3^(-s))*(1-5^(-s))*(1-7^(-s))*(1-11^(-s))*(1-13^(-s))(1-17^(-s))...=1+2^(-s)+3^(-s)+4^(-s)+5^(-s)+...

公式的左邊涉及所有質數,而右邊涉及所有正整數。

我們可以用一個簡單的方法驗證一下。設右邊為Z(s),那麼(2^(-s))*Z(s)=2^(-s)+4^(-s)+6^(-s)+8^(-s)+10^(-s)+...。因此,Z(s)-(2^(-s))*Z(s)就把Z(s)里所有2的倍數的項都銷掉了。所以

(1-2^(-s))*Z(s)=1+3^(-s)+5^(-s)+7^(-s)+9^(-s)+...

現在我們重複這個做法。將此式兩邊乘3^(-s),再將結果從此式兩邊減掉,(1-3^(-s))*(1-2^(-s))*Z(s)就不包含任何3的倍數項了:

(1-3^(-s))*(1-2^(-s))*Z(s)=1+5^(-s)+7^(-s)+11^(-s)+13^(-s)+...

如果我們重複這個做法,將此式兩邊乘以每個質數的(-s)次方,再將結果從此式兩邊減掉,結果就不包含任何該質數的倍數項了。我們發現

...(1-11^(-s))*(1-7^(-s))*(1-5^(-s))*(1-3^(-s))*(1-2^(-s))*Z(s)趨向於1!

取s=2, 這個式子就變成了

[2/(2*2-1)]*[3/(3*3-1)]*[5/(5*5-1)]*[7/(7*7-1)]*[11/(11*11-1)]...=1+(1/2*2)+(1/3*3)+(1/4*4)+(1/5*5)+...=Pi*Pi/6

一下子,“雜亂無章”的質數乘出了個與圓周率有關的結果。

質數還“雜亂無章”嗎?顯然不是。(待續)

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