不存在奇完全数

定义1:因子和函数 \sigma 定义为整数 n 的所有正因子之和,记为 \sigma(n)
定义2:如果 n 是一个正整数,且 \sigma(n)=2n, 那么 n 称为完全数.

关于偶完全数的定理:
正整数 n 是一个偶完全数当且仅当 n=2^{m-1}(2^{m}-1) 其中 m,2^{m}-1 都是素数.

引理:p 是一个素数, a 是一个正整数,那么

\sigma(p^{a})=1+p^{}+p^{2}+...+p^{a}=\frac{p^{a+1}-1}{p-1}

设正整数 n 有素因子分解 n=p_{1}^{a_{1}}p_{2}^{a_{2}}p_{3}^{a_{3}}...p_{s}^{a_{s}}, 由于因子和函数 \sigma 是乘性函数,那么
\sigma(n)=\frac{p_{1}^{a_{1}+1}-1}{p_{1}-1}\cdot\frac{p_{2}^{a_{2}+1}-1}{p_{2}-1}\cdot\frac{p_{3}^{a_{3}+1}-1}{p_{3}-1}\cdot\cdot\cdot\cdot\frac{p_{s}^{a_{s}+1}-1}{p_{s}-1}=\prod_{j=1}^{s}\frac{p_{j}^{a_{j}+1}-1}{p_{j}-1}
下面来证明不存在奇完全数

证明:

设大于1的正奇整数 n 有素因子分解 n=p_{1}^{a_{1}}p_{2}^{a_{2}}p_{3}^{a_{3}}...p_{s}^{a_{s}}, 其中 p 是奇素数, a 是正整数, s\geq1

\frac{p_{1}^{a_{1}+1}-1}{p_{1}-1}<\frac{p_{1}^{a_{1}+1}}{p_{1}-1}=\frac{p_{1}}{p_{1}-1}p_{1}^{a_{1}}\ne2p_{1}^{a_{1}}\ne p_{1}^{a_{1}},

\frac{p_{2}^{a_{2}+1}-1}{p_{2}-1}<\frac{p_{2}^{a_{2}+1}}{p_{2}-1}=\frac{p_{2}}{p_{2}-1}p_{2}^{a_{2}}\ne2p_{2}^{a_{2}}\ne p_{2}^{a_{2}},

......

\frac{p_{s}^{a_{s}+1}-1}{p_{s}-1}<\frac{p_{s}^{a_{s}+1}}{p_{s}-1}=\frac{p_{s}}{p_{s}-1}p_{s}^{a_{s}}\ne2p_{s}^{a_{s}}\ne p_{s}^{a_{s}}

所以 \sigma(n)\ne2p_{1}^{a_{1}}p_{2}^{a_{2}}p_{3}^{a_{3}}...p_{s}^{a_{s}}=2n,\sigma(n)\ne2n ,其中 n 为大于1的奇数,而 \sigma(1)=1,
所以,不存在奇完全数。

20171030

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