為什麼 1 不能被認為是質數?
為什麼 1 不能被認為是質數?這只是國內的規定嗎?還是說全世界的公認的?
在一個(交換)環中,所有的有乘法逆元的元素稱為單位,在整數環當中,1是單位.
我們通常說的質數應當在環當中去考慮是否生成素理想,但每一個單位都生成環本身而不是素理想.因而,單位都不是在我們考慮的範圍內.簡言之,我們不應該在元素的層面考慮,應當在理想的層面考慮.
這個說實話跟元素的唯一分解沒有太大關係,有很多沒有唯一分解的環當中同樣有素數,比方說 .
upd 2.7.2019:增加了 ,現在可以不用瞎眼了(
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謝邀。1原本是作為質數的,因為它本身滿足質數的定義(1隻可以被1和它本身整除)。1之所以被排除質數的範圍,是因為我們有如下定理:
(唯一分解定理)對於任意整數 ,有且僅有一組質數對 和正整數對 ,使得
.
什麼意思呢?它表示這樣一個結論:對於任意的一個整數,你都能把它因數分解,而且結果是唯一的。
舉個例子:1001隻能被分解成7×11×13,而且你再也找不到除(7,11,13)外的一組質數,使它們的乘積是1001。
那麼這個定理有什麼用呢?數論上,它可以用作對數的整除性分析,可以用作抽屜原理中對抽屜的構造,可以用作平方數的檢驗,可以用作二次不定方程的整數解的計算,還可以用作質因數和、因數和等的計算,進而對涉及因數的難題/方程作解集範圍的估計,為枚舉創下條件……;代數上,可以對開方,對數,求冪等運算進行化簡,對高次方程的解進行估計……等等。它在數學(不僅是數論)中重要性不言而喻。
但這一切的一切都有一個重要前提:1不能作質數!
為什麼呢?因為如果1是質數,那麼就用上面的例子,我們顯然可以發現:
1001=7×11×13
1001=7×11×13×1
1001=7×11×13×12
1001=7×11×13×13
……
這樣的式子可以寫無窮多條!也就使得上面的唯一分解定理中的「唯一分解」被否證了。
可是這玩意太有用了,數學家當然不希望這樣。於是為了這個定理,儘管「把1作為質數」的結論很漂亮,也只能無奈地把它拋棄。
(upd:用描述「除1以外的質數」當然也可以,但數學家們懶啊←_←)
於是,1不能是質數。
碼字不易,求個贊,謝謝!
《數學思維》裏有一段講的通俗易懂。
質數就是「只能被1和它本身整除」的自然數。然而,我們必須在此基礎之上增加一條警告,宣稱數字1不是質數,這簡直就像馬後炮一樣。
有時候人們會這樣解釋這個額外的限定條件:「質數是有且僅有兩個因數的自然數,而1隻有一個因數。」這個說法是對的,但它並沒有解釋為什麼我們要這樣規定。關鍵在於理解質數為什麼存在——它們是我們運用乘法而非加法構造新的數字時所使用的基本構件。如果我們只使用加法運算構造新的數字的話,我們只需要數字1,然後不斷地加、不斷地加,就可以得到其他所有的數字。而如果我們要使用乘法運算構造新的數字的話,那麼數字1就沒有用了,因為任何數字乘以1還是它本身。也就是說,1在這裡並不是一個很好的基本構件。
更嚴格地說,我們希望每一個整數都是用質數以獨一無二的方式組合得到的。比如,用質數組合得到數字6的唯一方法是2×3(順序不重要,所以3×2算是同一種方法)。然而,如果我們說1也算質數的話,那麼得到6的方法就還有1×2×3和1×1×2×3,等等。1的存在會破壞一切,對我們完全沒有幫助。所以我們必須彌補這個規則中的漏洞。
因為這是所有正整數在因數關係上的一種序結構所決定的。1不能和2,3,5,7,...一樣視為質數是因為1和2,3,5,7,...等數的序結構顯著不一樣。
設所有正整數的集合 。如果規定該集合上的關係 為: 當且僅當 是 的因數(即 是 的倍數),那麼偏序集 的Hasse圖如下(從小到大的偏序關係從下到上排列,頂點為所有正整數,不同頂點間的因數關係用線段表示,由於偏序的傳遞性,如果存在正整數 使得 ,那麼頂點 和 之間不再需要連線)。