完全数:自身因数之和恰等于自己

6 的真因数 1+2+3=6,28 的 1+2+4+7+14=28。这种“圆满”的数叫完全数。欧拉证明:偶完全数全形如 2^(p-1)(2^p−1)。

分类
数论趣题
难度
进阶
标签
完全数、梅森素数、因数、欧拉
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题目

一个数如果等于它除自身外所有正因数之和,就叫完全数(Perfect Number)。最小的完全数是 6(1+2+3=6),下一个是 28(1+2+4+7+14=28)。

已知的前几个:6, 28, 496, 8128…… 它们有什么共同公式?是否存在奇完全数?

答案与解析

欧几里得发现:当 2p12^p - 1 是素数时, N=2p1(2p1)N = 2^{p-1}(2^p - 1) 必为完全数。例如 p=2p=221(3)=62^1(3)=6p=3p=34×7=284\times7=28p=5p=516×31=49616\times31=496

欧拉后来补完了另一半:所有偶完全数都长这副模样。这里 2p12^p-1 形的素数叫梅森素数——所以找偶完全数,等价于找梅森素数(GIMPS 项目至今已找到 51 个)。

至于奇完全数,至今一个都没找到,也没人能证明不存在。它是数论里最古老的悬案之一:若有,必大于 10150010^{1500} 且至少有 101 个质因数。

背后的数学

完全数与亲和数(两数互为对方真因数之和,如 220 与 284)、盈数/亏数同属“整除函数 σ(n)\sigma(n)”的研究。完全即 σ(n)=2n\sigma(n)=2n。这些概念贯穿了从古希腊到现代计算数论的整条脉络。