问题

为什么 1 不能被认为是质数?

回答
你知道吗,关于“1”是不是质数这个问题,数学界其实有过一段不短的讨论,虽然现在已经有了定论,但它的历史也挺有意思的。

我们先来聊聊质数到底是什么。简单来说,质数就是那些只能被1和它自己整除的自然数,并且大于1。比如2,它只能被1和2整除;3,只能被1和3整除;5,也只能被1和5整除。这些数就像是数字世界的“基础构建块”,很多其他的合数(比如4、6、9)都可以通过它们相乘得到。

现在,我们把1放进这个定义里看看。1是不是只能被1和它自己整除?是的,1只能被1整除。那它是不是大于1?显然不是。这里就出现了一个小小的“不符合”点。

但更深层次的原因,是为了维护数学体系的“整洁”和“一致性”。最主要的一点,就和我们刚才提到的“构建块”有关,也就是算术基本定理。这个定理非常非常重要,它告诉我们,任何一个大于1的整数,都可以表示成质数的乘积,而且这种表示方式是唯一的(不考虑乘数的顺序)。

举个例子,12可以分解成2 × 2 × 3。你换个方式试试,也只能是这样。这种“唯一分解”的特性,让数论的研究变得非常有条理。

如果我们把1也看作质数,会怎么样?比如我们拿12来分解,我们可以写成 2 × 2 × 3。但如果1也是质数,我们也可以写成 1 × 2 × 2 × 3,或者 1 × 1 × 2 × 2 × 3,等等。这样一来,12的质因数分解就不再是唯一的了。这会带来很多麻烦,很多原本清晰的数学规律都会变得模糊不清,甚至需要重新定义。为了保持算术基本定理的普适性和美感,数学家们最终选择了将1排除在质数之外。

另外,你也可以从“因子”的角度来理解。一个合数,它除了1和它本身之外,至少还有其他的因子。而1,它只有一个因子,就是它自己。如果把它归类到质数,那么质数的定义就需要修改,变成“只有1个或2个因子”。这样又显得不够“专业”,因为质数的核心特征是“仅有两个不同因子”,而1只有一个因子。

所以,虽然1在某种程度上看起来有点像质数(只能被1和自己整除),但为了让数学的根基更加稳固,为了让算术基本定理这样的重要规律能够顺利运行,我们约定俗成地不将1视为质数。它就像一个特殊的“门槛”,质数是大于这个门槛的“基础数字”,而1则是在这个门槛之外的特殊存在。

网友意见

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upd 2.7.2019:增加了 ,现在可以不用瞎眼了(

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谢邀。1原本是作为质数的,因为它本身满足质数的定义(1只可以被1和它本身整除)。1之所以被排除质数的范围,是因为我们有如下定理:

(唯一分解定理)对于任意整数 ,有且仅有一组质数对 和正整数对 ,使得

.

什么意思呢?它表示这样一个结论:对于任意的一个整数,你都能把它因数分解,而且结果是唯一的。

举个例子:1001只能被分解成7×11×13,而且你再也找不到除(7,11,13)外的一组质数,使它们的乘积是1001。

那么这个定理有什么用呢?数论上,它可以用作对数的整除性分析,可以用作抽屉原理中对抽屉的构造,可以用作平方数的检验,可以用作二次不定方程的整数解的计算,还可以用作质因数和、因数和等的计算,进而对涉及因数的难题/方程作解集范围的估计,为枚举创下条件……;代数上,可以对开方,对数,求幂等运算进行化简,对高次方程的解进行估计……等等。它在数学(不仅是数论)中重要性不言而喻。

但这一切的一切都有一个重要前提:1不能作质数!

为什么呢?因为如果1是质数,那么就用上面的例子,我们显然可以发现:

1001=7×11×13

1001=7×11×13×1

1001=7×11×13×1²

1001=7×11×13×1³

……

这样的式子可以写无穷多条!也就使得上面的唯一分解定理中的“唯一分解”被否证了。

可是这玩意太有用了,数学家当然不希望这样。于是为了这个定理,尽管“把1作为质数”的结论很漂亮,也只能无奈地把它抛弃。

(upd:用描述“除1以外的质数”当然也可以,但数学家们懒啊←_←)

于是,1不能是质数。


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