质数是指在大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数的自然数。质数又称素数。一个大于1的自然数,除了1和它自身外,不能被其他自然数整除的数叫做质数;否则称为合数。
1、约数性质:质数p的约数只有两个,分别是1和p本身。
2、唯一分解性质:任一大于1的自然数,要么本身是质数,要么可以分解为几个质数之积,且这种分解是唯一的。
3、无限性:质数的个数是无限的。
4、个数公式:质数的个数公式π(n)是不减函数。
5、区间性质:
若n为正整数,在n2到(n+1)2之间至少有一个质数。
若n为大于或等于2的正整数,在n到n!之间至少有一个质数。
若质数p为不超过n(n≥4)的最大质数,则p>n/2。
6、个位数性质:所有大于10的质数中,个位数只有1、3、7、9。
7、无公共因数性质:两个不同的质数之间没有除了1之外的共同因数。
8、在密码学中的应用:质数在密码学中扮演着关键的角色,如RSA加密算法就是基于大质数的安全性原理设计的。
判断一个数是否为质数,常用的方法有:
查表法:通过查找质数表来确定一个数是否为质数。
试除法:用较小的质数(如2、3、5、7等)去除待判断的数,若能被整除则不是质数,否则可能是质数。
注意:试除法中,通常只需要遍历到该数的平方根即可,因为若一个数有大于其平方根的因数,则必然有小于或等于其平方根的另一个因数。
质数被利用在密码学上,所谓的公钥就是将想要传递的信息在编码时加入质数,编码之后传送给收信人,任何人收到此信息后,若没有此收信人所拥有的密钥,则解密的过程中(实为寻找素数的过程),将会因为找质数的过程(分解质因数)过久,使即使取得信息也会无意义。
在汽车变速箱齿轮的设计上,相邻的两个大小齿轮齿数设计成质数,以增加两齿轮内两个相同的齿相遇啮合次数的最小公倍数,可增强耐用度减少故障。
在害虫的生物生长周期与杀虫剂使用之间的关系上,杀虫剂的质数次数的使用也得到了证明。实验表明,质数次数地使用杀虫剂是最合理的:都是使用在害虫繁殖的高潮期,而且害虫很难产生抗药性。
以质数形式无规律变化的导弹和鱼雷可以使敌人不易拦截。