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素数の無限性のLaTeXML版です。正本はPDF・TeXです。

素数の無限性

ナンブ キトラ
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.

n,m1 とする. n=km となる k1 が存在するときに mn約数 という. p1素数 であるとは p1 であり尚且つ p1 と自分自身以外の正の約数を持たないときにいう. nの素因数 とは素数であり n を割り切れる数のことである. そして n1 に対して 1<a,b<n を満たす a,b1 が存在して n=ab を満たすならば n合成数 と呼ぶ.

合成数の定義から次がわかる.

命題 2.

n が合成数であることと n1 で尚且つ n が素数でないことは同値である.

命題 3.

n1n1 を満たすならば n は素因数を持つ.

証明.

まず A={n n1 かつ n は素因数を持たない} とおく. 命題は A= と同値である. 今 A と仮定すると A の最小元が存在する. a=minAと置く. aA なので a1 であり, a は素数ではない. よって命題 2 より a は合成数である. ゆえに a=xy(1<x,y<a) と書ける. 数 a の最小性から x,yA である. このことから x,y は素因数を持つ. すると a 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 n>1 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. n!1 から n までの間の自然数の積とする. このとき n!+1 は命題 3 より素因数を持つ. その素因数の一つを p とする. (n!+1)n!=1 なので, もしも pn! の約数だとすると p1 を割り切ることになり p=1 となる. これは pが素数であることに矛盾する. よって pn! の約数ではない. ゆえに n! の定義から n<p である. ∎