Vojta Maur

Tvořit je můj základní instinkt

Prvočíselné spirály

Vytvořeno v říjnu 2019

V tomto projektu jsem se pokusil nalézt vzorce pro aritmetické posloupnosti s vysokou četností prvočísel. Tyto vzorce jsem nalezl vytvořením číselných spirál podobných Ulamovo spirále vytvořených ze tří základních geometrických tvarů - z hexagonů,  čtverců a trojúhleníků. Zvolil jsem právě tyto tvary, protože pravidelné teselace povrchu lze dosáhnou jen těmito třemi tvary. Jinými slovy: pouze tyto tvary lze vyskládat vedle sebe tak, aby nevznikly žádné mezery.

 

HEXAGONOVÁ SPIRÁLA
Nejprve jsem vytvořil jeden hexagon a do něj napsal číslo 1. Po celém vnějším obvodu tohoto hexagonu jsem narýsoval další hexagony a do nich napsal kladná přirozená čísla ve směru hodinových ručiček tak, aby číslo 1 bylo vždy zarovnané nad sebou v jednom sloupci. Tento proces jsem opakoval, dokud obrazec nebyl dostatečně veliký.

Poté jsem označil zelenou barvou všechny hexagony, uvnitř nichž se nacházelo prvočíslo.

V tomto obrazci najednou vznikl pozoruhodný vzor. Povšiml jsem si, že ve dvou sloupcích vlevo nahoře jsou číselné řady s aritmetickou posloupností, jejíž diference je 6 (zvýrazněny červeně), které obsahují vysokou četnost prvočísel. Vzorec pro vypočítání n-tého členu v levém sloupci je a(n)=6*n+1 a v pravém sloupci a(n)=6*n+5. Hledal jsem tyto dvě číselné posloupnosti na OEIS (Online Encyclopedia of Integer Sequences) a zjistil, že obě jsou již v databázi pod kódy A016921A016969 . Také jsem na internetu objevil zajímavé tvrzení: množina posloupnosti a(n)=6*n+1 a a(n)=6*n+5 dohromady obsahuje všechna prvočísla vyšší než 3. Kromě těchto dvou zajímavých sloupců obsahujících mnoho prvočísel jsem objevil také posloupnost lichých čísel, která neobsahuje žádná prvočísla (zvýrazněná modře).  Vzorec pro vypočítání n-tého členu v modrém sloupci je a(n)=6*n+3. Tuto posloupnost jsem později také nalezl v databázi OEIS pod kódem A016945.

 

ČTVERCOVÁ SPIRÁLA

Stejným způsobem jsem zkonstruoval čtvercovou spirálu, ve které se tyto tři posloupnosti také objevili.


TROJÚHELNÍKOVÁ SPIRÁLA

V této spirále se opět ukázali posloupnosti a(n)=6*n+1 a a(n)=6*n+5, ovšem sloučené dohromady. Toto sloučení nastalo tím, že při každém sudém kroku konstrukce spirály se trojúhelníkem rotuje o 180° (některé trojúhelníky jsou špičkou nahoru, jiné zase špičkou dolu).