第一卷 问题一 试证明数学有助于生活

地点了点头,停顿片刻之后继续说明,一但如同刚才所说,质数有无限个,不可能找得到『最大的质数』。所以有说谎,我们非得拆穿它。」

  拆穿谎言就可以引导我们前往无限的世界。遥理解到这里时,察觉自己的情绪莫名亢奋。

  「总觉得好像侦探呢,我开始兴奋了。」

  「没错,数学家也可以当侦探,可以做任何人。」

  原本以为宙会适度敷衍,他却天真地大幅点头,一派正经地回应,并且在笔记本下一行加写一条奇怪的算式。

  x!+1

  「『!』是什么?」遥直接说出内心的想法。她当然看过这个记号。是经常在漫画台词看见的惊叹号,加强语气的符号。

  不过,她不太懂「加强x」的意思。究竟是怎么回事?

  「这是『阶乘』的记号。」

  宙以缓慢的语气回答,特别强调「阶乘」两个字。接着他在同一页正中央区域,流利写入数条算式。

  2!=1×2

  3!=1×2×3

  4!=l×2×3×4

  5!=1×2×3×4×5

  「懂吗?」

  「唔~也就是说,只要加上惊叹号,就要从—一直乘到这个数字?」

  「嗯,就是这样。」宙更加夸张地点头。「这叫做『阶乘』,惊叹号就是代表符号。看,像这样排列就很像阶梯吧?『阶乘』的『阶』是『阶梯』的『阶』。」

  原来如此。听他这么说就发现,愈下方的算式愈长,如同排成一道阶梯。宙在「2!」到「5!」打造的阶梯正中央加上某个东西。看似铁丝束的这个物体大概是小人。明显歪七扭八的脚,试着从「4!」爬上「3!」那一阶。

  「那么,这个『x!』的意思是『从1到x全部相乘』?」

  「嗯。然后再加一就是『x!+1』。」

  X!+1=(1×2×3×4×……×X)+1

  往页面上方一看,「x!+1」后方不知何时补上整齐的算式。遥再度看向算式阶梯。这里只写到「5!」,但阶梯实际上继续往下延伸。大概会到「100!」或「1000!」吧。虽然不知道位于何处,但「x!」的确是位于阶梯某处。

  无限延伸的算式阶梯。

  想到这里,就觉得宙刚才画的小人看起来不是上楼,而是下楼。为了从「2!」这个最小值前去寻找更大的数字,提心吊胆地不断下楼,前往无限的深渊。

  看起来也像是进逼无限之谜的宙自己。

  「所以,『x!』的意思是……」宙以铅笔笔尖指着「x!」,遥回神从算式阶梯移开目光。宙当然没察觉。

  「『从—到x的所有整数都能整除』。这部分懂吗?」

  「呃……」

  「别想得太艰深。二的倍数可以用二整除、三的倍数可以用三整除,这是相同的道理。例如『3!』是一的倍数、二的倍数,也是三的倍数。所以一到三都可以整除。」

  遥让差点沸腾的大脑全速运转思考。

  「3!」是「1×2×3=6」。一与二与三确实都能整除。那么「x!」呢?就写在笔记本上方。「1×2×3×4×……×x」。

  「『x!』是从一到x所有整数的倍数。所以一到x的任何整数都能整除。到现在为止懂吗?」

  遥停顿数秒,好不容易点头回应。没问题。即使面对x这种莫名其妙的符号,只要按照步骤就可以理解。

  宙等遥反应之后继续说明。不经意之间,他的脸竟然泛红了起来。

  「『x!+1』呢?明明好不容易可以漂亮整除却加了一,所以用x以下的所有数字来除都会余一吧?啊、如果是一当然可以整除,但是一不算质数,所以不用思考这一点。」说明稍微加快,遥差点再度跟不上。等待宙停顿之后,她整理思绪。

  遥不太懂「x!+1」。

  「3!+1」呢?「1×2×3+1」。明明至今可以用二或三整除,加一之后确实会出现余数。就像是明明可以和乐融融分享的披萨故意多加一片。

  「4!+1」或「5!+1」也一样。明明可以整除,却因为加一而有剩。既然这样,「x!+1」也同样无法以x以下的数字整除……?

  「咦?」此时遥感到不对劲。奇怪。某个地方不太对。明明肯定已经理解宙的说法,却产生了突兀感。就像整张图已经完成,却还剩下拼图的神奇感觉。

  「发现了吗?」

  接着,宙点出了突兀感的真面目。

  「二以上的自然数,可以只用质数相乘来表示。如果『x是最大质数』是真的,『x!+1』也肯定能以x以下的质数相乘来表示吧?但『x!+1』无法以x以下的任何质数整除,换句话说,没办法进一步进行质因数分解。不觉得这样很矛盾吗?」正是如此。宙刚才说过,所有数字都能只以质数相乘来表示,所以才叫做「本质」之数。「x!+1」也不例外。某处出错了。某人在说谎。换言之,某处与某人是……

  「也就是说,x不是最大的质数。到头来,『找到最大质数了』这句话是谎言。」

  假设:最大质数x存在——矛盾

  「所以,质数有无限多个。」

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