Số nguyên tố là gì?

Chúng ta đều biết, một số nguyên lớn hơn một, nếu như ngoài bản thân nó và 1 ra, nó không chia hết cho số nào khác nữa thì nó là số nguyên tố. Ví dụ như 2, 3, 5, 7, 11...

Vậy làm sao chúng ta có thể tìm ra được các số nguyên tố trong số các số nguyên dương (hay số tự nhiên dương)? Trong tập hợp các số tự nhiên, có bao nhiêu số nguyên tố? Cho đến nay, người ta vẫn chưa biết được, bởi vì quy luật của nó rất khó tìm, giống như là một đứa trẻ bướng bỉnh vậy, nó nấp phía đông, chạy phía tây, trêu tức các nhà toán học.

Có lẽ bạn cũng đã từng nghe đến phương pháp sàng lọc của nhà toán học Eratosthenes, dùng phương pháp này có thể tìm ra các số nguyên tố rất tiện lợi. Nó giống như là sàng lấy sỏi trong cát, sàng lọc lấy những số nguyên tố trong tập hợp số tự nhiên, bảng các số nguyên tố chính là được làm theo phương pháp này.

Thế nhưng, các nhà toán học không hề thoả mãn với việc dùng phương pháp này để tìm ra số nguyên tố, bởi vì nó có chút mò mẫm nhất định, bạn không thể biết trước được số nguyên tố sẽ "sàng" ra là số nào. Điều mà các nhà toán học cần là tìm ra quy luật của số nguyên tố, để tiện nghiên cứu
về nó.

Từ trong bảng các số nguyên tố, chúng ta có thể thấy chúng được phân bố như sau: từ 1 đến 1000 có 168 số nguyên tố; từ 1000 đến 2000 có 135 số; từ 2000 đến 3000 có 127 số; từ 3000 đến 4000 có 120 số; từ 4000 đến 5000 có 119 số. Khi số các số tự nhiên càng lớn thì tỉ lệ phân bố các số nguyên tố càng thưa.

Số nguyên tố đã "hoá trang" cho mình rồi lẩn khuất trong các số tự nhiên, khiến cho chúng ta rất khó nhìn ra được. Ví dụ, 101, 401, 601, 701 đều là số nguyên tố, nhưng 301 và 901 thì lại không phải. Có người thử tính như thế này: 12 + 1 + 41 = 43, 22 + 2 + 41 = 47, 32 + 3 + 41 = 53,..., 392 + 39 + 41 = 1601. Có 39 số từ 43 cho đến 1601 đều là số nguyên tố, thế nhưng tiếp sau đó: 402 + 40 + 41 = 1681 = 41 x 41 thì lại là một hợp số.

Nhà toán học người Pháp Fercma từng nghiên cứu lâu dài về số nguyên tố, ông từng đưa ra một suy đoán thế này: số (22n + 1) (với n là số nguyên) thì nhất định là số nguyên tố. Ferma đã thử 5 "số Ferma" đầu thì đều là số nguyên tố, nhưng đến số "ferma" thứ sáu thì lại là hợp số, hơn nữa từ số "Ferma thứ 6" trở đi, không thể phát hiện thấy số nguyên tố nào nữa, toàn là hợp số. Xem ra, số nguyên tố đã cố tình trêu đùa Ferma.

Năm 1644, nhà toán học người Pháp Mason đã đưa ra "số Mason", hình thức của nó là (2p - 1). Khi ông còn sống, ông tìm ra 11p để cho (2p - 1) là số nguyên tố, người ta tiến hành kiểm chứng đối với 8p, chúng đều là số nguyên tố. 250 năm sau, năm 1903, các nhà toán học tìm ra số Mason thứ 9 không phải là số nguyên tố mà là hợp số. Mặc dù Mason cũng không thực sự tìm ra quy luật của số nguyên tố, nhưng dùng phương pháp của ông, người ta tìm được nhiều số nguyên tố hơn. Trong đó, số nguyên tố Mason thứ 33 được tìm ra nhờ máy tính điện từ, nó có 378632 số hạng, là số nguyên tố lớn nhất mà loài người tìm được đến nay.