Розклад натуральних чисел на добуток простих

Основна теорема арифметики стверджує, що кожне натуральне число більше одиниці (1), можна представити як добуток простих чисел, причому, в єдиний спосіб з точністю до порядку множників. Таким чином, прості числа — це елементарні «будівельні блоки» натуральних чисел.

Представлення натурального числа у вигляді добутку простих називають розкладом на прості або факторизацією числа. Тепер невідомі Поліноміальні алгоритми факторизації чисел, хоча і не доведено, що таких алгоритмів не існує (тут і далі мова йде про поліноміальною залежності часу роботи алгоритму від логарифма розміру числа, тобто від кількості його цифр).

Тести простоти

Решето Ератосфена, решето Сундарама та решето Аткіна дають прості способи складання початкового списку простих чисел до певного значення.

Однак, на практиці, замість отримання списку простих чисел найчастіше потрібно перевірити, чи є дане число простим. Алгоритми, які вирішують це завдання, називають тестами простоти. Існує безліч поліноміальних тестів простоти, але більшість з них є стохастичні (наприклад, тест Міллера - Рабина) і використовуються для потреб криптографії. Тільки в 2002 році було доведено, що завдання перевірки на простоту в загальному вигляді можна розв'язати за поліноміальний час, але запропонований детермінований алгоритм має досить велику складність, що ускладнює його застосування на практиці.

Для деяких класів чисел існують спеціалізовані ефективні тести простоти. Наприклад, для перевірки на простоту чисел Мерсена використовують тест Люка - Лемера, а для перевірки на простоту чисел Ферма — тест Пепіно.

Скільки існує простих чисел?

Простих чисел нескінченно багато. Найдавніший відомий доказ цього факту було дано Евклідом в «Началах» (книга IX, твердження 20). Його доказ може бути коротко відтворено так:

Уявімо, що кількість простих чисел скінченна. Перемножимо їх і додамо одиницю. Отримане число не ділиться ні на одне зі скінченного набору простих чисел, тому що залишок від ділення на будь-яке з них дає одиницю. Значить, добуток має ділитись на деяке просте число, не включене до цього набору.

Математики пропонували інші докази. Одне з них (наведене Ейлером) показує, що сума всіх чисел, зворотніх до простих, розбігаєься.

Відома теорема про розподіл простих чисел стверджує, що кількість простих чисел менших за n, яке позначають як , росте як .

Найбільше відоме просте число

Здавна ведуться записи, в яких відзначають найбільші відомі на той час прості числа. Один з рекордів поставив свого часу Ейлер, знайшовши просте число .

Найбільшим відомим простим числом станом на червень 2009 року є . Воно складається з 12 978 189 десяткових цифр і є простим числом Мерсена (M_43112609). Його знайшли 23 серпня 2008 року на математичному факультеті університету UCLA в рамках проекту по розподіленому пошуку простих чисел Мерсена GIMPS. Попереднє за величиною відоме просте, також є простим числом Мерсенна M_37156667, було знайдено 6 вересня 2007 року учасником проекту GIMPS Гансом-Міхаелем Елвеніхом (нім. Hans-Michael Elvenich).

Числа Мерсена вигідно відрізняються від решти наявністю ефективного тесту простоти: тесту Люка — Лемера. Завдяки йому прості числа Мерсена давно утримують рекорд як найбільші відомі прості.

За знаходження простих чисел з понад 100 000 000 та 1 000 000 000 десяткових цифр EFF призначила грошові призи в 150 000 та 250 000 доларів США відповідно.