我國古代許多著名的數學著作中都關于數論內容的論述,比如求最大公約數、勾股數組、某些不定方程整數解的問題等等。
在整數性質的研究中,人們發現質數是構成正整數的基本 “材料”,要深入研究整數的性質就必須研究質數的性質。因此關于質數性質的有關問題,一直受到數學家的關注。到了十八世紀末,歷代數學家積累的關于整數性質零散的知識已經十分豐富了,把它們整理加工成為一門系統的學科的條件已經完全成熟了。
德國數學家高斯集中前人的大成,寫了一本書叫做《算術探討》,1800年寄給了法國科學院,但是法國科學院拒絕了高斯的這部杰作,高斯只好在1801年自己發表了這部著作。這部書開始了現代數論的新紀元。在《算術探討》中,高斯把過去研究整數性質所用的符號標準化了,把當時現存的定理系統化并進行了推廣,把要研究的問題和意志的方法進行了分類,還引進了新的方法。
數論研究的主要內容
數論是一門高度抽象的數學學科,長期以來,它的發展處于純理論的研究狀態,它對數學理論的發展起到了積極的作用。但對于大多數人來講并不清楚它的實際意義。
數論形成了一門獨立的學科后,隨著數學其他分支的發展,研究數論的方法也在不斷發展。如果按照研究方法來說,可以分成初等數論、解析數論、代數數論和幾何數論四個部分。
初等數論是數論中不求助于其他數學學科的幫助,只依靠初等的方法來研究整數性質的分支。比如中國古代有名的“中國剩余定理”,就是初等數論中很重要的內容。
解析數論是使用數學分析作為工具來解決數論問題的分支。數學分析是以函數作為研究對象的、在極限概念的基礎上建立起來的數學學科。用數學分析來解決數論問題是由歐拉奠基的,俄國數學家車比雪夫等也對它的發展做出過貢獻。解析數論是解決數論中艱深問題的強有力的工具。比如,對于
“ 質數有無限多個 ”
這個命題,歐拉給出了解析方法的證明,其中利用了數學分析中有關無窮級數的若干知識。二十世紀三十年代,蘇聯數學家維諾格拉多夫創造性的提出了
“ 三角和方法 ” ,這個方法對于解決某些數論難題有著重要的作用。我國數學家陳景潤在解決 “ 哥德巴赫猜想 ”
問題中也使用的是解析數論的方法。代數數論是把整數的概念推廣到代數整數的一個分支。數學家把整數概念推廣到一般代數數域上去,相應地也建立了素整數、可除性等概念。
幾何數論是由德國數學家、物理學家閔可夫斯基等人開創和奠基的。幾何數論研究的基本對象
是“空間格網”。什么是空間格網呢?在給定的直角坐標系上,坐標全是整數的點,叫做整點;全部整點構成的組就叫做空間格網。空間格網對幾何學和結晶學有著重大的意義。由于幾何數論涉及的問題比較復雜,必須具有相當的數學基礎才能深入研究。
由于近代計算機科學和應用數學的發展,數論得到了廣泛的應用。比如在計算方法、代數編碼、組合論等方面都廣泛使用了初等數論范圍內的許多研究成果;又文獻報道,現在有些國家應用
“ 孫子定理 ”
來進行測距,用原根和指數來計算離散傅立葉變換等。此外,數論的許多比較深刻的研究成果也在近似分析、差集合、快速變換等方面得到了應用。特別是現在由于計算機的發展,用離散量的計算去逼近連續量而達到所要求的精度已成為可能。
數論在數學中的地位是獨特的,高斯曾經說過 “數學是科學的皇后,數論是數學中的皇冠”。
在我國近代,數論也是發展最早的數學分支之一。從二十世紀三十年代開始,在解析數論、丟番圖方程、一致分布等方面都有過重要的貢獻,出現了華羅庚、閔嗣鶴、柯召等第一流的數論專家。其中華羅庚教授在三角和估值、堆
壘素數論方面的研究是享有盛名的。在新中國建立之后,有關數論的研究得到了很快的發展。特別是在“篩法”和“歌德巴赫猜想”方面的研究,取得了世界領先的優秀成績。特別是陳景潤在 1966 年證明 “
哥德巴赫猜想 ” 的 “ 一個大偶數可以表示為一個素數和一個不超過兩個素數的乘積之和 ”
以后,在國際數學引起了強烈的反響,稱贊陳景潤的論文是篩法的光輝頂點。至今,這仍是 “ 哥德巴赫猜想 ” 的最好結果。
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