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两个极其相似的数论定理, 结论却截然不同

你知道吗,如果你在一个定理的条件中只改变一点,会发生什么?在这里,我想向你展示两个非常不可思议的类似的定理,它们会让你明白数学中每个数字和每个符号的重要性。第一个定理是:

对于任何非零自然数n,如果(2^n)-1是一个素数,那么n也是一个素数。

而第二个是:

对于任何非零自然数n,如果(2^n)+1是一个素数,那么n是2的完全幂。

这两个结论是多么的不同。那么,我们来证明第一条定理。定理证明的常见方法之一是矛盾法。1. 假设n现在是一个素数。因此,根据素数定义的否定,n可以表示为两个数字的乘积:

2. 因此我们可以用a^n-b^n因式分解公式重写原表达式:

3. 由于a大于1而不等于n,表达式(2^a)-1大于1并且是(2^n)-1的除数。因此,(2^n)-1不是质数,根据定理的条件,这是错误的。矛盾!因此该定理为真。现在我们来证明第二条定理,使用同样的方法。1. 假设n不是2的完全幂。因此n可以表示为2^k的乘积,其中k为非负整数,a为奇数:

2. 因此,我们可以重写原表达式:

3. 由于(2^n)+1能被2^(2^k)+1整除,所以它不是一个素数。矛盾!因此n是2的一个完全幂。正如你所看到的,如果在定理的条件中只改变一个符号,你可以得到一个极其不同的结论。因此我们应该谨慎对待数学。

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