Storia dei numeri primi - Università degli Studi di Trento
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Storia dei numeri primi - Università degli Studi di Trento
0.5 setgray0 0.5 setgray1 Storia dei numeri primi Michele Avancini, Alice Passalacqua, Silvia Ruvidotti Seminario di Algebra Storia dei numeri primi – p. 1/5 Cosa sono i numeri primi? Sono numeri interi e positivi che hanno come divisori solo l’unità e sè stessi. Storia dei numeri primi – p. 2/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , , , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Numeri primi Eccone un breve elenco: , , , , , , , Storia dei numeri primi – p. 3/5 Origini Ma quand’è che l’uomo ha iniziato a interessarsi ai numeri primi? Storia dei numeri primi – p. 4/5 La più antica testimonianza Risale al 6500 a.C. Storia dei numeri primi – p. 5/5 La più antica testimonianza Risale al 6500 a.C. Osso di Ishango Storia dei numeri primi – p. 5/5 Osso di Ishango Trovato nel 1950 tra i monti dell’Africa equatoriale centrale... Storia dei numeri primi – p. 6/5 Osso di Ishango Trovato nel 1950 tra i monti dell’Africa equatoriale centrale... è attualmente conservato presso il museo di storia naturale di Bruxelles. Storia dei numeri primi – p. 6/5 Osso di Ishango Ma che relazione ha con i numeri primi? Storia dei numeri primi – p. 7/5 Osso di Ishango Ma che relazione ha con i numeri primi? in una delle colonne in cui è suddiviso l’osso e tacche... compaiono Storia dei numeri primi – p. 7/5 Osso di Ishango Ma che relazione ha con i numeri primi? ...cioè i numeri primi tra e in una delle colonne in cui è suddiviso l’osso e tacche... compaiono ! Storia dei numeri primi – p. 7/5 Osso di Ishango: domanda aperta Sarà un caso... Storia dei numeri primi – p. 8/5 Osso di Ishango: domanda aperta Sarà un caso... ...o effettivamente già allora gli uomini conoscevano i numeri primi? Storia dei numeri primi – p. 8/5 Antichi greci Ogni intero è esprimibile come prodotto di primi. Storia dei numeri primi – p. 9/5 Antichi greci Ogni intero è esprimibile come prodotto di primi. Come lo si può dimostrare? Storia dei numeri primi – p. 9/5 Antichi greci Sia non primo . Se e sono primi, la tesi è dimostrata. Se e non primi , con e Storia dei numeri primi – p. 10/5 Antichi greci Sia non primo . Se e sono primi, la tesi è dimostrata. Se e non primi , con e Se sono primi la tesi è dimostrata; altrimenti continuo la fattorizzazione e alla fine si ottiene ... con primi. Storia dei numeri primi – p. 10/5 Antichi greci Sia non primo . Se e sono primi, la tesi è dimostrata. Se e non primi , con e Se sono primi la tesi è dimostrata; altrimenti continuo la fattorizzazione e alla fine si ottiene ... con primi. Storia dei numeri primi – p. 10/5 Euclide Matematico e filosofo greco: Storia dei numeri primi – p. 11/5 Euclide Matematico e filosofo greco: 350-300 a.C. Storia dei numeri primi – p. 11/5 Euclide Quanti numeri primi ci sono? Storia dei numeri primi – p. 12/5 Euclide Quanti numeri primi ci sono? E’ possibile che ne esista solo un numero finito? Storia dei numeri primi – p. 12/5 Euclide Quanti numeri primi ci sono? E’ possibile che ne esista solo un numero finito? NO!! Storia dei numeri primi – p. 12/5 Euclide La dimostrazione è presentata da Euclide nel IX libro degli Elementi. Storia dei numeri primi – p. 13/5 , ,..., Siano Euclide i soli numeri primi. Prendiamo il loro prodotto e sommiamoci 1: ... Storia dei numeri primi – p. 13/5 , ,..., Siano Euclide i soli numeri primi. Prendiamo il loro prodotto e sommiamoci 1: ... Allora o è a sua volta primo, e allora ne abbiamo trovato un altro, oppure è composto (cioè divisibile per numeri diversi da , ,..., ). Storia dei numeri primi – p. 13/5 , ,..., Siano Euclide i soli numeri primi. Prendiamo il loro prodotto e sommiamoci 1: ... Allora o è a sua volta primo, e allora ne abbiamo trovato un altro, oppure è composto (cioè divisibile per numeri diversi da , ,..., ). Storia dei numeri primi – p. 13/5 , ,..., Siano Euclide i soli numeri primi. Prendiamo il loro prodotto e sommiamoci 1: ... Allora o è a sua volta primo, e allora ne abbiamo trovato un altro, oppure è composto (cioè divisibile per numeri diversi da , ,..., ). Storia dei numeri primi – p. 13/5 Siano Esempio pratico i soli primi Storia dei numeri primi – p. 14/5 i soli primi Siano Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 14/5 i soli primi non è divisibile per Siano Esempio pratico . Storia dei numeri primi – p. 14/5 i soli primi . è primo perchè non è divisibile per . E in realtà , e non è divisibile per Siano Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 14/5 Siano Esempio pratico i soli primi Storia dei numeri primi – p. 15/5 i soli primi Siano Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 15/5 i soli primi non è divisibile per Siano Esempio pratico . Storia dei numeri primi – p. 15/5 Esempio pratico i soli primi non è divisibile per Siano . è primo perchè non è divisibile E in realtà per nessun primo minore o uguale a e . Storia dei numeri primi – p. 15/5 Siano Esempio pratico i soli primi Storia dei numeri primi – p. 16/5 i soli primi Siano Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 16/5 i soli primi non è divisibile per Siano Esempio pratico ... Storia dei numeri primi – p. 16/5 Esempio pratico i soli primi ... NON è primo! E’ divisibile per 59, ...ma infatti non è divisibile per Siano . Storia dei numeri primi – p. 16/5 Euclide Con la dimostrazione di Euclide svanisce la possibilità di costruire una “tavola periodica” che comprenda tutti i numeri primi. Storia dei numeri primi – p. 17/5 Eratostene Scienziato e letterato greco: Storia dei numeri primi – p. 18/5 Eratostene Scienziato e letterato greco: 275-195 a.C. Storia dei numeri primi – p. 18/5 Eratostene Inventò un metodo per determinare i numeri primi: Storia dei numeri primi – p. 19/5 Eratostene Inventò un metodo per determinare i numeri primi: CRIVELLO DI ERATOSTENE Storia dei numeri primi – p. 19/5 e Esempio: determiniamo i numeri primi tra Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 20/5 e , Consideriamo i numeri naturali fino a partendo da (setaccio): Esempio: determiniamo i numeri primi tra Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 20/5 e , Consideriamo i numeri naturali fino a partendo da (setaccio): Esempio: determiniamo i numeri primi tra Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 20/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 21/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 22/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 22/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 22/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 22/5 dal setaccio: Cancelliamo tutti i multipli di Crivello di Eratostene Storia dei numeri primi – p. 22/5 Crivello di Eratostene Il procedimento termina con l’eliminazione dal setaccio dei multipli di perchè è il massimo intero primo il cui quadrato non supera . Storia dei numeri primi – p. 23/5 Crivello di Eratostene Il procedimento termina con l’eliminazione dal setaccio dei multipli di perchè è il massimo intero primo il cui quadrato non supera . Abbiamo così ottenuto tutti i numeri primi compresi tra e : Storia dei numeri primi – p. 23/5 Crivello di Eratostene Il procedimento termina con l’eliminazione dal setaccio dei multipli di perchè è il massimo intero primo il cui quadrato non supera . Abbiamo così ottenuto tutti i numeri primi compresi tra e : Storia dei numeri primi – p. 23/5 200 a.C. - 1600 d.C. E’ un periodo in cui non vi sono significativi progressi nella storia dei numeri primi: Storia dei numeri primi – p. 24/5 200 a.C. - 1600 d.C. E’ un periodo in cui non vi sono significativi progressi nella storia dei numeri primi: Era dell’oscurantismo. Storia dei numeri primi – p. 24/5 Fermat Matematico francese: Storia dei numeri primi – p. 25/5 Fermat Matematico francese: 1601-1665 Storia dei numeri primi – p. 25/5 Fermat Pensa di aver trovato una formula che produce solo numeri primi: Storia dei numeri primi – p. 26/5 Fermat Pensa di aver trovato una formula che produce solo numeri primi: ennesimo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 26/5 - Esempio pratico: Storia dei numeri primi – p. 27/5 Esempio pratico: - primo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 27/5 Esempio pratico: - - primo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 27/5 Esempio pratico: - primo numero di Fermat - secondo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 27/5 - Esempio pratico: Storia dei numeri primi – p. 28/5 Esempio pratico: - terzo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 28/5 Esempio pratico: - - terzo numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 28/5 Esempio pratico: - terzo numero di Fermat - quarto numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 28/5 - Controesempio: Storia dei numeri primi – p. 29/5 Controesempio: - Questo numero non è primo. Storia dei numeri primi – p. 29/5 Controesempio: - Questo numero non è primo. Infatti Storia dei numeri primi – p. 29/5 Controesempio: - Questo numero non è primo. Infatti - Storia dei numeri primi – p. 29/5 Controesempio: - Questo numero non è primo. Infatti la formula non fornisce numeri primi! Storia dei numeri primi – p. 29/5 Esempio pratico: Conclusione: Storia dei numeri primi – p. 30/5 Esempio pratico: Conclusione: Oggi i numeri di Fermat non hanno prodotto che 4 numeri primi: Storia dei numeri primi – p. 30/5 Esempio pratico: Conclusione: Oggi i numeri di Fermat non hanno prodotto che 4 numeri primi: , secondo numero di Fermat , terzo numero di Fermat , primo numero di Fermat , quarto numero di Fermat Storia dei numeri primi – p. 30/5 Fermat Ogni numero primo avente la forma di può essere scritto in modo unico come la somma di due quadrati. Storia dei numeri primi – p. 31/5 - Esempio pratico: Storia dei numeri primi – p. 32/5 Esempio pratico: - Storia dei numeri primi – p. 32/5 Esempio pratico: - - Storia dei numeri primi – p. 32/5 Esempio pratico: - - Storia dei numeri primi – p. 32/5 Esempio pratico: - - - Storia dei numeri primi – p. 32/5 Esempio pratico: - - - Storia dei numeri primi – p. 32/5 Fermat Beffa di Fermat: Storia dei numeri primi – p. 33/5 Fermat Beffa di Fermat: Sebbene sostenga di possedere la dimostrazione, tralascia di mettere per iscritto la maggior parte dei dettagli. Storia dei numeri primi – p. 33/5 Fermat Però egli dimostra quello che è conosciuto come il piccolo teorema di Fermat: Storia dei numeri primi – p. 34/5 Fermat Però egli dimostra quello che è conosciuto come il piccolo teorema di Fermat: Sia un numero primo e con . Allora relativamente primo Storia dei numeri primi – p. 34/5 Fermat Però egli dimostra quello che è conosciuto come il piccolo teorema di Fermat: Sia un numero primo e relativamente primo con . Allora (mod ). Storia dei numeri primi – p. 34/5 Mersenne Scienziato e filosofo francese: Storia dei numeri primi – p. 35/5 Mersenne Scienziato e filosofo francese: 1588-1648 Storia dei numeri primi – p. 35/5 Mersenne Riprende la formula di Fermat, la modifica, e ne elabora una molto più efficace non per scoprire tutti i numeri primi, ma un elenco maggiore: Storia dei numeri primi – p. 36/5 Mersenne Riprende la formula di Fermat, la modifica, e ne elabora una molto più efficace non per scoprire tutti i numeri primi, ma un elenco maggiore: per i numeri primi dati dalla formula particolari valori di sono noti come primi di Mersenne. Storia dei numeri primi – p. 36/5 Per quali la formula Mersenne genera numeri primi? Storia dei numeri primi – p. 37/5 Mersenne la formula genera numeri primi? Per quali Mersenne afferma che per valori di non superiori a , è primo se e solo se . Storia dei numeri primi – p. 37/5 Problema aperto I matematici ritengono che i primi di Mersenne siano infiniti... Storia dei numeri primi – p. 38/5 Problema aperto I matematici ritengono che i primi di Mersenne siano infiniti... a questo proposito però manca ancora una dimostrazione della veridicità di quest’affermazione. Storia dei numeri primi – p. 38/5 Mersenne Ancora oggi si continuano a scoprire numeri primi della forma di Mersenne: Storia dei numeri primi – p. 39/5 Mersenne Ancora oggi si continuano a scoprire numeri primi della forma di Mersenne: uno degli ultimi risale al Febbraio del 2005, numero grazie a un chirurgo che ha trovato il primo di Mersenne, composto da ben cifre! Storia dei numeri primi – p. 39/5 Eulero Matematico svizzero: Storia dei numeri primi – p. 40/5 Eulero Matematico svizzero: 1707-1783 Storia dei numeri primi – p. 40/5 Eulero Egli dimostra che la formula data da Fermat, per calcolare i numeri primi, non è più . valida per Storia dei numeri primi – p. 41/5 Eulero Egli dimostra che la formula data da Fermat, per calcolare i numeri primi, non è più . valida per Infatti, come abbiamo visto prima, per è divisibile per e quindi Storia dei numeri primi – p. 41/5 Eulero Egli dimostra che la formula data da Fermat, per calcolare i numeri primi, non è più . valida per Infatti, come abbiamo visto prima, per è divisibile per e quindi non è primo Storia dei numeri primi – p. 41/5 Eulero Inoltre scopre un algoritmo che da come risultato alcuni numeri primi: Storia dei numeri primi – p. 42/5 Eulero Inoltre scopre un algoritmo che da come risultato alcuni numeri primi: i che genera numeri primi sostituendo ad numeri compresi tra e . Storia dei numeri primi – p. 42/5 Eulero Considerando la formula Storia dei numeri primi – p. 43/5 Eulero si si accorge che, scegliendo trovano numeri primi per ogni valore di compreso tra e . Considerando la formula Storia dei numeri primi – p. 43/5 Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 44/5 , Esempio pratico . Storia dei numeri primi – p. 44/5 Prendiamo , Esempio pratico . : Storia dei numeri primi – p. 44/5 . : Prendiamo , Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 44/5 . : Prendiamo , Esempio pratico numero primo. Storia dei numeri primi – p. 44/5 Prendiamo , Esempio pratico . : Storia dei numeri primi – p. 45/5 . : Prendiamo , Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 45/5 . : Prendiamo , Esempio pratico numero primo. Storia dei numeri primi – p. 45/5 Prendiamo , Esempio pratico . : Storia dei numeri primi – p. 46/5 . : Prendiamo , Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 46/5 . : Prendiamo , Esempio pratico numero primo. Storia dei numeri primi – p. 46/5 Prendiamo , Esempio pratico . : Storia dei numeri primi – p. 47/5 . : Prendiamo , Esempio pratico Storia dei numeri primi – p. 47/5 . : Prendiamo , Esempio pratico numero primo. Storia dei numeri primi – p. 47/5 Goldbach Matematico prussiano: Storia dei numeri primi – p. 48/5 Goldbach Matematico prussiano: 1690-1764 Storia dei numeri primi – p. 48/5 Goldbach Egli, in una lettera ad Eulero, propone le seguenti congetture: Storia dei numeri primi – p. 49/5 Goldbach Egli, in una lettera ad Eulero, propone le seguenti congetture: - ogni numero dispari maggiore di può essere scritto come somma di numeri primi; Storia dei numeri primi – p. 49/5 Goldbach Egli, in una lettera ad Eulero, propone le seguenti congetture: - ogni numero dispari maggiore di può essere scritto come somma di numeri primi; - ogni numero pari maggiore di può essere scritto come somma di numeri primi. Storia dei numeri primi – p. 49/5 Goldbach Prima congettura: Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach dove , , Prima congettura: è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach dove , , Prima congettura: è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. Esempi: Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. Esempi: Prendiamo dove , , Prima congettura: : Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. , : Esempi: Prendiamo Allora , primi; dove , , Prima congettura: che sono numeri Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach Prima congettura: è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. che sono numeri , : Esempi: Prendiamo Allora , primi; infatti dove , , Storia dei numeri primi – p. 50/5 Goldbach Esempi: Prendiamo è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. dove , , Prima congettura: : Storia dei numeri primi – p. 51/5 Goldbach , : Esempi: Prendiamo Allora , numeri primi; è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. dove , , Prima congettura: che sono Storia dei numeri primi – p. 51/5 Goldbach Prima congettura: è un numero dispari maggiore di , sono numeri primi. : , che sono Esempi: Prendiamo Allora , numeri primi; infatti dove , , Storia dei numeri primi – p. 51/5 Goldbach Seconda congettura: Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. , Seconda congettura: Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. , Seconda congettura: Esempi: Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach Esempi: Prendiamo dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. , Seconda congettura: : Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach , : Esempi: Prendiamo Allora , dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. Seconda congettura: che sono numeri primi; Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach : , che sono numeri primi; Esempi: Prendiamo Allora , infatti dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. Seconda congettura: Storia dei numeri primi – p. 52/5 Goldbach Esempi: Prendiamo dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. , Seconda congettura: : Storia dei numeri primi – p. 53/5 Goldbach , , : Esempi: Prendiamo Allora dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. Seconda congettura: che sono numeri primi; Storia dei numeri primi – p. 53/5 Goldbach : , , che sono numeri primi; Esempi: Prendiamo Allora infatti dove è un numero pari maggiore di , sono numeri primi. Seconda congettura: Storia dei numeri primi – p. 53/5 Goldbach Questi due enunciati, oggi noti come congettura ternaria e binaria di Goldbach, sono ancora privi di dimostrazione. Storia dei numeri primi – p. 54/5 Goldbach Questi due enunciati, oggi noti come congettura ternaria e binaria di Goldbach, sono ancora privi di dimostrazione. Per incentivare i matematici alla ricerca, un’università americana ha messo in palio di dollari a chi riuscisse a dimostrarli. Storia dei numeri primi – p. 54/5 Problema: Se secoli di ricerche non erano servite a trovare una formula che generasse un elenco di numeri primi, forse era tempo di adottare una strategia diversa... Storia dei numeri primi – p. 55/5 Problema: Se secoli di ricerche non erano servite a trovare una formula che generasse un elenco di numeri primi, forse era tempo di adottare una strategia diversa... ...con Gauss, Legendre, Dirichlet, ma soprattutto con Riemann si cercò una formula per determinare quanti fossero i numeri primi compresi tra e . Storia dei numeri primi – p. 55/5 L’enigma dei numeri primi Anche se la disposizione dei primi sembrava caotica, Storia dei numeri primi – p. 56/5 L’enigma dei numeri primi Anche se la disposizione dei primi sembrava caotica, Riemann scoprì che era comunque possibile determinare una funzione che ne prevedesse l’ordine. Storia dei numeri primi – p. 56/5 L’enigma dei numeri primi Non poteva però dimostrare che questo ordine sarebbe sempre stato rispettato, ma pensava di sì... Storia dei numeri primi – p. 57/5 L’enigma dei numeri primi Non poteva però dimostrare che questo ordine sarebbe sempre stato rispettato, ma pensava di sì... ...nasceva così l’ipotesi di Riemann. Storia dei numeri primi – p. 57/5