素数の無限性
HTML変換日:2026年7月26日
この文章では素数の無限性を証明する.
定義 1.
とする. となる が存在するときに は の 約数 という. が 素数 であるとは であり尚且つ が と自分自身以外の正の約数を持たないときにいう. の素因数 とは素数であり を割り切れる数のことである. そして に対して を満たす が存在して を満たすならば を 合成数 と呼ぶ.
合成数の定義から次がわかる.
命題 2.
が合成数であることと で尚且つ が素数でないことは同値である.
命題 3.
が を満たすならば は素因数を持つ.
証明.
まず とおく. 命題は と同値である. 今 と仮定すると の最小元が存在する. と置く. なので であり, は素数ではない. よって命題 2 より は合成数である. ゆえに と書ける. 数 の最小性から である. このことから は素因数を持つ. すると も素因数を持つことになり矛盾する. ∎
定理 4.
素数は無限に存在する.
証明.
任意の に対してそれよりも大きい素数が存在することを言えば良い. を から までの間の自然数の積とする. このとき は命題 3 より素因数を持つ. その素因数の一つを とする. なので, もしも が の約数だとすると は を割り切ることになり となる. これは が素数であることに矛盾する. よって は の約数ではない. ゆえに の定義から である. ∎