完全数

sigma(n) = 2n
所有约数之和(包括 n 本身)等于这个数的两倍

完全数等于它所有真因子(即除它本身以外的全部因子)之和。6 = 1+2+3,28 = 1+2+4+7+14。它们极其稀少:目前只知道 51 个,而且全部都是偶数,规模也增长得惊人。是否存在任何奇完全数,仍是数学中最古老的开放问题之一。

前四个完全数:因子构成图
6 因子:1, 2, 3 1 + 2 + 3 = 6 ✓ = 2^1 x (2^2-1) 梅森素数:3 28 因子:1,2,4,7,14 1+2+4+7+14=28 ✓ = 2^2 x (2^3-1) 梅森素数:7 496 因子:1,2,4,...,248 和 = 496 ✓ = 2^4 x (2^5-1) 梅森素数:31 8128 因子:1...4064 和 = 8128 ✓ = 2^6 x (2^7-1) 梅森素数:127
欧几里得–欧拉定理:偶完全数 ↔ 梅森素数
n is even perfect ⟺ n = 2^(p−1) · (2^p − 1)
其中 2^p − 1 是一个梅森素数。
欧几里得证明了 → 方向,欧拉证明了 ← 方向。已知的 51 个完全数全部都是偶数,并都来自这个公式。奇完全数是否存在,至今未知。
对数尺度下的完全数:它们增长得比指数还快
3.7637.5260.7781.4472.6953.917.52662849681283350 万

图中显示的是 log10 值。即使在对数坐标下,每一次跳跃也仍然巨大。第 51 个完全数已有超过 4900 万位数字。

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完全数速览

完全数等于其所有真因子的和:6 = 1+2+3,28 = 1+2+4+7+14。欧几里得证明了:只要 2^p-1 是素数,2^(p-1)(2^p-1) 就是完全数。欧拉又证明了逆命题:每一个偶完全数都具有这种形式。是否存在奇完全数是最古老的未解问题之一,迄今仍未发现任何一个。目前只知道 51 个完全数,且它们全部对应于 51 个已知梅森素数。

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