素数ってなぁに?
素数とは、1と、その数自身でしか割り切れない整数のこと。
たとえば、3は1で割り切れて3で割り切れますが、そのほかに割り切れる数字がありません。
7もそうだし、11も13も同様ですから、これらは素数と言えます。
2357という数字も、1で割り切れ、それ以外に割り切れる数字は2357しかありません。
したがって2357は素数です。
このように、1と、その数自身でなければ割り切れない整数を素数と言います。
2018年1月現在わかっている最大の素数は、2324万9425桁にもなる大きな数字です。
$$ 2^{74207281}-1$$
これは50番目のメルセンヌ素数でもあります。
(メルセンヌ素数については別途ご説明しますね)
人類歴史上の数学者は、この素数に魅せられてきました。
でも、一般人には素数の面白さはいまいちわかりません。
このページでは、エレガントで美しい素数について、少しだけご紹介したいと思います。
2357とは
2は素数。
3も素数。
5も素数。
7も素数。
2、3、5、7は、10以下の一桁の素数の全てです。
「2357」という4桁の数も、350番目の素数です。
$2+3+5+7$も素数です。
$2^{2}+3^{3}+5^{5}+7^{7}$も素数です。
$2^{19}+3^{19}+5^{19}+7^{19}$も素数です。
$2^{1013}+3^{1013}+5^{1013}+7^{1013}$も素数です。
$2\times{3}\times{5}\times{7}+2+3+5+7$も素数です。
$2\times{3}\times{5}\times{7}-2-3-5-7$も素数です。
↓こちらも、素数です。
2357223335555577777772357
最初に2357、次に2を2つ、3を3つ、5を5つ、7を7つ、最後にまた2357をくっつけた数字です。
わかりやすくするため色を変えていますが、1つの大きな桁の素数なのです。
素数2357、なんともいえない魅力のある数字だと思いませんか。
私はこの数字に魅せられて、車の希望ナンバーを素数の2357にしました。
都内でこのナンバーの車を見たら、きっとそれは私です。
1はなぜ素数ではないのか
素数の定義には、「1で割り切れる事」と、「その数自身で割り切れる」というルールがありました。
では、1自体は素数となるでしょうか。
1は1で割り切れるし、「その数自身で割り切れる」という意味で、1自身である1でも割り切れる、と考えることができるので、1も素数と考えたい方もいるかもしれません。
しかし、もし1を素数としてしまうと、2357を含むこのサイトに書いてあるほかの素数すべてが素数でなくなってしまうのです!
「素数は1だけです!」となってしまうと、他の数学的な考え方をするときに非常に不都合なため、1は素数に含めないルールになっているのです。
それはどういうことか?
二つのケースで簡単にご説明しましょう。
- 1.エラトステネスのふるいで理解する
- 2.「素因数分解の一意性」というルールから理解する
素数の数
素数の数は、どのくらいあると思いますか?
素数の数は、無限大にあると言われています。
2018年1月現在の最大の素数は、2018年1月3日にGIMPSで発見された$2^{77232917}-1$で、2324万9425桁のメルセンヌ素数(50番目)です。
次に大きな素数は2016年1月7日に発見された49番目のメルセンヌ素数、$2^{74207281}-1$です。48番目は2013年1月に発見された$2^{57885161}-1$で、1742万5170桁のメルセンヌ素数です。
では、計算されていてわかっている素数の数がどのくらいあるのか、
1
1秭以下の素数は、184垓3559京9767兆3492億86万7866個あります。
詳細は下の表をどうぞ。
範囲 | 0の数 | 素数の個数 | |
---|---|---|---|
10まで | 10^1 | 1 | 4 |
100まで | 10^2 | 2 | 25 |
1000まで | 10^3 | 3 | 168 |
1万まで | 10^4 | 4 | 1229 |
10万まで | 10^5 | 5 | 9592 |
100万まで | 10^6 | 6 | 78498 |
1000万まで | 10^7 | 7 | 664579 |
1億まで | 10^8 | 8 | 5761455 |
10億まで | 10^9 | 9 | 50847534 |
100億まで | 10^10 | 10 | 455052511 |
1000億まで | 10^11 | 11 | 4118054813 |
1兆まで | 10^12 | 12 | 37607912018 |
10兆まで | 10^13 | 13 | 346065536839 |
100兆まで | 10^14 | 14 | 3204941750802 |
1000兆まで | 10^15 | 15 | 29844570422669 |
1 | 10^16 | 16 | 279238341033925 |
10京まで | 10^17 | 17 | 2623557157654233 |
100京まで | 10^18 | 18 | 24739954287740860 |
1000京まで | 10^19 | 19 | 234057667276344607 |
1 | 10^20 | 20 | 2220819602560918840 |
10垓まで | 10^21 | 21 | 21127269486018731928 |
100垓まで | 10^22 | 22 | 201467286689315906290 |
1000垓まで | 10^23 | 23 | 1925320391606803968923 |
1 | 10^24 | 24 | 18435599767349200867866 |
素数の一覧とダウンロード
では、具体的に素数の一覧を見てみましょう。
最初の素数である2から、10000までの4桁の素数1229個全てをUPしてみました。
すごいですね、美しいですね。
こうした素数の一覧は、下のリストからダウンロード可能ですので、ご興味のある方は自由にダウンロードしてくださいね。
- ダウンロードリストを表示
メルセンヌ素数とは?
素数の中で、メルセンヌ数の素数を「メルセンヌ素数」と呼びます。
このページでは、メルセンヌ数とメルセンヌ素数の説明に加えて、メルセンヌ素数の一覧をダウンロードできるようにしてあります。
メルセンヌ数って何?
メルセンヌ数の求め方は、1、2、3、4、…という自然数を$n$とした時に、$2^{n}-1$の式で求めることができます。この答えがメルセンヌ数です。
このメルセンヌ数が素数の時、その素数を「メルセンヌ素数」と呼びます。
答えが素数の時は$n$も素数です。(しかし$n$が素数でも、答えは全てが素数にはなりません。)
メルセンヌ素数は $2^{p}-1=M_p$という数式で表すこともあります。
メルセンヌ数はとても面白い特徴を持った数字です。もう少し詳しくメルセンヌ数を理解してみましょう。
メルセンヌ数を計算してみよう
まず、$2^{n}-1$の$n$に数字を当てはめて計算してみましょう。
※例: $2^{3}=2\times{2}\times{2}$です。
$n=2$の場合 $2^{2}-1=3$
$n=3$の場合 $2^{3}-1=7$
$n=4$の場合 $2^{4}-1=15$
$n=5$の場合 $2^{5}-1=31$
$n=6$の場合 $2^{6}-1=63$
$n=7$の場合 $2^{7}-1=127$
$n=8$の場合 $2^{8}-1=255$
$n=9$の場合 $2^{9}-1=511$
上の赤い行は素数ですからメルセンヌ素数です。
メルセンヌ数の何が面白いかというと、これらの数値を2進数にしたときに全部1になるのです。
「??」ですか?
二進数って何?
2進数とは、0と1だけで表す数のことで、2で桁が上がる数字です。
でも私たちは10で桁が上がる10進数を使いますから馴染みがありませんね。数字を2進数になおして理解してみましょう。
10進数 | 2進数 | 2進数にする考え方 |
---|---|---|
0 | 0 | 0と1は10進数も2進数も同じ |
1 | 1 | |
2 | 10 | 1と0しか使えないので、2は桁を増やして「10」 |
3 | 11 | 3は2の「10」の1桁目を1にして「11」 |
4 | 100 | 1と0しか使えないので、4は桁を増やして「100」 |
5 | 101 | 5は4の「100」の1桁目を1にして「101」 |
6 | 110 | 6は5の「101」の2桁目を1にし、1桁目を0にして「110」 |
7 | 111 | 7は6の「110」の1桁目を1にして「111」 |
8 | 1000 | 1と0しか使えないので、8は桁を増やして「1000」 |
9 | 1001 | |
10 | 1010 | |
11 | 1011 | |
12 | 1100 | |
13 | 1101 | |
14 | 1110 | |
15 | 1111 |
↑この一覧表で赤文字の部分を見て下さい。
2進数にしたときに、全部1の数字がありますね。これがメルセンヌ数なのです。上の表ですと、3、7、15です。更にメルセンヌ数は、31、63、127、255、511、1023、2047、8191と続きます。
では、$2^{n}-1$で計算した答えを二進数になおしてみましょう。赤字はメルセンヌ素数です。
$2^{2}-1=3$ 二進数では$11$
$2^{3}-1=7$ 二進数では$111$
$2^{4}-1=15$ 二進数では$1111$
$2^{5}-1=31$ 二進数では$11111$
$2^{6}-1=63$ 二進数では$111111$
$2^{7}-1=127$ 二進数では$1111111$
$2^{8}-1=255$ 二進数では$11111111$
$2^{9}-1=511$ 二進数では$111111111$
※よく見ると、メルセンヌ数を2進数に直すと$n$の数に等しい回数だけ、1が並ぶことがわかりますね。
このうなメルセンヌ数の特徴から、メルセンヌ素数も2進数にすると1が$n$回並ぶ素数なのです。面白いですね!(面白くないか。)
メルセンヌ素数一覧・ダウンロード
現在までに分かっている50個のメルセンヌ素数の$2^{p}-1=M_p$の式を一覧にしました。
途中までメルセンヌ素数(計算結果)も併記しました。(素数自体が大きいものは、クリックすると答えが表示され、もう一度クリックすると答えが隠れます。)
2018年1月現在最大の50番目の素数は$2^{77232917}-1$です。$2^{77232917}-1$とは、${2}\times{2}\times{2}$…と、$77232917$回掛け算してから1を引いた数です。2324万9425桁の数字なんですよ!この素数だけが書いてあるデータでも24MBになってしまうほどの量なんです!すごいですね~!
49番目のメルセンヌ素数では$2^{74207281}-1$で、2233万8618桁もありますし、48番目のメルセンヌ素数$2^{57885161}-1=$も1742万5170桁あり、48番目の素数を書いたファイルでさえ17メガバイト(MB)を超えるサイズになります!
※$2^{11213}-1$以降どんどん桁数が大きくなるので、式のみ記載しました。これらのメルセンヌ素数が必要な方は、下部からメルセンヌ素数一覧をダウンロードできます。
- $2^{2}-1=3$
- $2^{3}-1=7$
- $2^{5}-1=31$
- $2^{7}-1=127$
- $2^{13}-1=8191$
- $2^{17}-1=131071$
- $2^{19}-1=524287$
- $2^{31}-1=2147483647$
- $2^{61}-1=2305843009213693951$
- $2^{89}-1=$素数を表示
- 618970019642690137449562111
- $2^{107}-1=$素数を表示
- 162259276829213363391578010288127
- $2^{127}-1=$素数を表示
- 170141183460469231731687303715884105727
- $2^{521}-1=$素数を表示
- 6864797660130609714981900799081393217269435300143305409394463459185543183397656052122559640661454554977296311391480858037121987999716643812574028291115057151
- $2^{607}-1=$素数を表示
- 531137992816767098689588206552468627329593117727031923199444138200403559860852242739162502265229285668889329486246501015346579337652707239409519978766587351943831270835393219031728127
- $2^{1279}-1=$素数を表示
- 10407932194664399081925240327364085538615262247266704805319112350403608059673360298012239441732324184842421613954281007791383566248323464908139906605677320762924129509389220345773183349661583550472959420547689811211693677147548478866962501384438260291732348885311160828538416585028255604666224831890918801847068222203140521026698435488732958028878050869736186900714720710555703168729087
- $2^{2203}-1=$素数を表示
- 1475979915214180235084898622737381736312066145333169775147771216478570297878078949377407337049389289382748507531496480477281264838760259191814463365330269540496961201113430156902396093989090226259326935025281409614983499388222831448598601834318536230923772641390209490231836446899608210795482963763094236630945410832793769905399982457186322944729636418890623372171723742105636440368218459649632948538696905872650486914434637457507280441823676813517852099348660847172579408422316678097670224011990280170474894487426924742108823536808485072502240519452587542875349976558572670229633962575212637477897785501552646522609988869914013540483809865681250419497686697771007
- $2^{2281}-1=$素数を表示
- 446087557183758429571151706402101809886208632412859901111991219963404685792820473369112545269003989026153245931124316702395758705693679364790903497461147071065254193353938124978226307947312410798874869040070279328428810311754844108094878252494866760969586998128982645877596028979171536962503068429617331702184750324583009171832104916050157628886606372145501702225925125224076829605427173573964812995250569412480720738476855293681666712844831190877620606786663862190240118570736831901886479225810414714078935386562497968178729127629594924411960961386713946279899275006954917139758796061223803393537381034666494402951052059047968693255388647930440925104186817009640171764133172418132836351
- $2^{3217}-1=$素数を表示
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- $2^{4253}-1=$素数を表示
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- $2^{11213}-1$ ※
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- $2^{77232917}-1$
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単なる素数も美しいですが、メルセンヌ素数はさらにエレガントな魅力がありますね!
50番目のメルセンヌ素数$2^{77232917}-1$は、2324万9425桁の素数ですが、パソコン(0と1で考える2進数)でこのメルセンヌ素数$2^{77232917}-1$を表示するときには、7723万2917個の1が並んだ2進数になります。
2進数って面白いでしょ?(面白って言って!笑)
素数の謎
素数は、どのような規則で現れるかまだわかっていません。
オイラーという数学者が、$2,\ 3,\ 5,\ 7,\ 11,\ 13$...と続く素数を、下のように計算しました。
$ \frac{2^{2}}{2^{2}-1}\times\frac{3^{2}}{3^{2}-1}\times\frac{5^{2}}{5^{2}-1}\times\frac{7^{2}}{7^{2}-1}\times\frac{11^{2}}{11^{2}-1} $...
するとその答えは、 $$\displaystyle{=\frac{\pi^{2}}{6}}$$ と、円周率に関係がある結果になりました。無秩序に現れる素数には、やはり何か規則があるのかも知れないとわかったのです。
素数を使ったオイラーの計算式を参考に、数学者リーマンが下の「ゼータ関数」を考えます。
$\displaystyle{ \zeta\left({s}\right)= \sum_{{n}=1}^{\infty}\frac{1}{{n}^{-1}} =\prod_{{p:prime}}\Biggl(1-\frac{1}{p^{s}}\Biggr)^{-1} }$
リーマンは素数をゼータ関数で計算しグラフにすると、零点が一直線上に並ぶことを発見しました。(このゼータ関数の零点分布の解説で本1冊分ほどの情報量です!)
この事から、「複素の零点はすべて実部が$\displaystyle{\frac{1}{2}}$である」($=$すべての零点は一直線上にあるはず)と仮説を立てました。これが有名な「リーマン予想」です。
リーマン予想は数学上の大難問で、未だにこの仮説を証明・否定できた人はいません。もし解決できた場合、クレイ数学研究所というところから100万ドルの懸賞金がもらえます。(日本円で1億円くらい)
また、素数のゼータ関数の零点分布を現す数式は、原子核エネルギー間隔の数式と完全に一致していることもわかり、物理の分野にも深い関係がありそうです。
不思議で魅力的な素数・・・。
これから先、どんな研究がされどんな答えが導かれるのでしょうね。
この「素数2357」を見て素数に興味を持ち、将来リーマン予想を証明し1億円稼ぐ天才が現れたら楽しいなと思いつつ、当サイトは製作されました。ご意見・ご感想などお寄せ頂ければ嬉しいです。
数の単位
このサイトはとにかく素数だけのサイトなのですが、素数の数が大きくなると数の単位も大きくなります。
万、億、兆、京、
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$10^{3758096384}$ 三末耶 (さんまや)
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$10^{30064771072}$ 伺察 (しさつ)
$10^{60129542144}$ 周広 (しゅうこう)
$10^{120259084288}$ 高出 (こうしゅつ)
$10^{240518168576}$ 最妙 (さいみょう)
$10^{481036337152}$ 泥羅婆 (ないらば)
$10^{962072674304}$ 訶理婆 (かりば)
$10^{1924145348608}$ 一動 (いちどう)
$10^{3848290697216}$ 訶理蒲 (かりぼ)
$10^{7696581394432}$ 訶理三 (かりさん)
$10^{15393162788864}$ 奚魯伽 (けいろか)
$10^{30786325577728}$ 達ら歩陀 (たつらほだ)
$10^{61572651155456}$ 訶魯那 (かろな)
$10^{123145302310912}$ 摩魯陀 (まろだ)
$10^{246290604621824}$ 懺慕陀 (ざんぼだ)
$10^{492581209243648}$ えらい陀 (えいらだ)
$10^{985162418487296}$ 摩魯摩 (まろま)
$10^{1970324836974592}$ 調伏 (ちょうぶく)
$10^{3940649673949184}$ 離きょう慢 (りきょうまん)
$10^{7881299347898368}$ 不動 (ふどう)
$10^{15762598695796736}$ 極量 (ごくりょう)
$10^{31525197391593472}$ 阿麼怛羅 (あまたら)
$10^{63050394783186944}$ 勃麼怛羅 (ぼまたら)
$10^{126100789566373888}$ 伽麼怛羅 (がまたら)
$10^{252201579132747776}$ 那麼怛羅 (なまたら)
$10^{504403158265495552}$ 奚麼怛羅 (けいまたら)
$10^{1008806316530991104}$ べい麼怛羅 (べいまたら)
$10^{2017612633061982208}$ 鉢羅麼怛羅 (はらまたら)
$10^{4035225266123964416}$ 尸婆麼怛羅 (しばまたら)
$10^{8070450532247928832}$ 翳羅 (えいら)
$10^{16140901064495857664}$ 薜羅 (べいら)
$10^{32281802128991715328}$ 諦羅 (たいら)
$10^{64563604257983430656}$ 偈羅 (げら)
$10^{129127208515966861312}$ そ歩羅 (そほら)
$10^{258254417031933722624}$ 泥羅 (ないら)
$10^{516508834063867445248}$ 計羅 (けいら)
$10^{1033017668127734890496}$ 細羅 (さいら)
$10^{2066035336255469780992}$ 睥羅 (へいら)
$10^{4132070672510939561984}$ 謎羅 (めいら)
$10^{8264141345021879123968}$ 娑ら荼 (しゃらだ)
$10^{16528282690043758247936}$ 謎魯陀 (めいろだ)
$10^{33056565380087516495872}$ 契魯陀 (けいろだ)
$10^{66113130760175032991744}$ 摩睹羅 (まとら)
$10^{132226261520350065983488}$ 娑母羅 (しゃもら)
$10^{264452523040700131966976}$ 阿野娑 (あやしゃ)
$10^{528905046081400263933952}$ 迦麼羅 (かまら)
$10^{1057810092162800527867904}$ 摩伽婆 (まかば)
$10^{2115620184325601055735808}$ 阿怛羅 (あたら)
$10^{4231240368651202111471616}$ 醯魯耶 (けいろや)
$10^{8462480737302404222943232}$ 薜魯婆 (べいろば)
$10^{16924961474604808445886464}$ 羯羅波 (からは)
$10^{33849922949209616891772928}$ 訶婆婆 (かばば)
$10^{67699845898419233783545856}$ 毘婆羅 (びばら)
$10^{135399691796838467567091712}$ 那婆羅 (なばら)
$10^{270799383593676935134183424}$ 摩ら羅 (まらら)
$10^{541598767187353870268366848}$ 娑婆羅 (しゃばら)
$10^{1083197534374707740536733696}$ 迷ら普 (めいらふ)
$10^{2166395068749415481073467392}$ 者麼羅 (しゃまら)
$10^{4332790137498830962146934784}$ 駄麼羅 (だまら)
$10^{8665580274997661924293869568}$ 鉢ら麼陀 (はらまだ)
$10^{17331160549995323848587739136}$ 毘迦摩 (びかま)
$10^{34662321099990647697175478272}$ 烏波跋多 (うはばた)
$10^{69324642199981295394350956544}$ 演説 (えんぜつ)
$10^{138649284399962590788701913088}$ 無尽 (むじん)
$10^{277298568799925181577403826176}$ 出生 (しゅっしょう)
$10^{554597137599850363154807652352}$ 無我 (むが)
$10^{1109194275199700726309615304704}$ 阿畔多 (あばんた)
$10^{2218388550399401452619230609408}$ 青蓮華 (しょうれんげ)
$10^{4436777100798802905238461218816}$ 鉢頭摩 (はどま)
$10^{8873554201597605810476922437632}$ 僧祇 (そうぎ)
$10^{17747108403195211620953844875264}$ 趣 (しゅ)
$10^{35494216806390423241907689750528}$ 至 (し)
$10^{70988433612780846483815379501056}$ 阿僧祇 (あそうぎ)
$10^{141976867225561692967630759002112}$ 阿僧祇転 (あそうぎてん)
$10^{283953734451123385935261518004224}$ 無量 (むりょう)
$10^{567907468902246771870523036008448}$ 無量転 (むりょうてん)
$10^{1135814937804493543741046072016896}$ 無辺 (むへん)
$10^{2271629875608987087482092144033792}$ 無辺転 (むへんてん)
$10^{4543259751217974174964184288067584}$ 無等 (むとう)
$10^{9086519502435948349928368576135168}$ 無等転 (むとうてん)
$10^{18173039004871896699856737152270336}$ 不可数 (ふかすう)
$10^{36346078009743793399713474304540672}$ 不可数転 (ふかすうてん)
$10^{72692156019487586799426948609081344}$ 不可称 (ふかしょう)
$10^{145384312038975173598853897218162688}$ 不可称転 (ふかしょうてん)
$10^{290768624077950347197707794436325376}$ 不可思 (ふかし)
$10^{581537248155900694395415588872650752}$ 不可思転 (ふかしてん)
$10^{1163074496311801388790831177745301504}$ 不可量 (ふかりょう)
$10^{2326148992623602777581662355490603008}$ 不可量転 (ふかりょうてん)
$10^{4652297985247205555163324710981206016}$ 不可説 (ふかせつ)
$10^{9304595970494411110326649421962412032}$ 不可説転 (ふかせつてん)
$10^{18609191940988822220653298843924824064}$ 不可説不可説 (ふかせつふかせつ)
$10^{37218383881977644441306597687849648128}$ 不可説不可説転 (ふかせつふかせつてん)
日本で言われる大きな数「不可説不可説転」とは10の37澗乗で、$10^{7\times{2}^{122}}$です。
不可説不可説転のゼロの数は37218383881977644441306597687849648128個。
37澗
2183溝
8388穣
1977秭
6444垓
4130京
6597兆
6878億
4964万
8128個と読みます。
海外で大きい数字はグーグルプレックス(one googolplex) $10^{10^{10^{100}}}$や、スキューズ数(Skewes number)$10^{10^{10^{963}}}$などが挙げられています。
いずれにせよ最大はグラハム数(Graham's number) ということになっているようです。
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私の好きな本の一節
「よく人から数学をやって何になるのかと聞かれるが、私は春の野に咲くスミレはただスミレらしく咲いているだけでいいと思っている。咲くことがどんなによいことであろうとなかろうと、それはスミレのあずかり知らないことだ。咲いているのといないのではおのずから違うというだけのことである。私についていえば、ただ数学を学ぶ喜びを食べて生きているというだけである。そしてその喜びは『発見の喜び』にほかならない」
岡潔著「春宵十話」より