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과학

소수 (수론)

소수 (수론)과학
영문명
Prime number
정의 조건
1보다 크고 양의 약수가 정확히 두 개
가장 작은 소수
2
개수
무한개
관련 개념
합성수와 소인수분해
소수는 1보다 큰 자연수 가운데 양의 약수가 1과 자기 자신 두 개뿐인 수다. 자연수를 곱셈의 관점에서 분석하는 기본 요소이며 소인수분해와 수론의 핵심 개념이다.

1이 포함되지 않는 이유

소수는 약수를 정확히 두 개 갖는다는 조건으로 정한다. 1의 양의 약수는 1 하나이므로 소수에 포함하지 않는다. 1보다 큰 자연수 중 소수가 아닌 수는 합성수다.

2는 유일한 짝수 소수다. 2보다 큰 짝수는 1과 자기 자신 외에 2로도 나누어지기 때문이다. 홀수라는 조건만으로 소수가 되지는 않는다. 21처럼 더 작은 두 자연수의 곱으로 나타나는 홀수도 있다.

소인수로 나누어 보기

84는 2 × 2 × 3 × 7로 나타낼 수 있다. 이처럼 1보다 큰 자연수는 소수들의 곱으로 분해되며, 인수의 나열 순서를 제외하면 그 분해는 유일하다. 이를 산술의 기본 정리라고 한다.

소수가 끝나지 않는다는 논증

소수가 유한개라고 가정하고 그 목록을 모두 곱한 다음 1을 더한 수를 생각하자. 새 수는 목록의 어느 소수로 나누어도 나머지가 1이다. 따라서 새 수 자체가 소수이거나 목록에 없던 소수 인수를 가져야 하므로, 처음 목록이 전부라는 가정과 모순된다.

이 논증은 목록의 소수를 곱하고 1을 더한 수가 언제나 소수라고 말하지 않는다. 새 수가 합성수여도 기존 목록에 없던 소수 인수를 가지면 논증은 성립한다.

판정과 응용

어떤 수가 합성수라면 그 제곱근 이하의 소수 약수를 적어도 하나 가진다. 이 성질은 작은 수의 소수 판정에 활용할 수 있다. 큰 수를 위한 더 효율적인 판정 방법도 연구되어 있다.

소수는 여러 암호 체계에서도 사용된다. 다만 소수 판정이 가능한 문제라는 사실과 큰 합성수를 소인수분해하는 계산의 어려움은 같은 주장이 아니다.

관련 문서

알고리즘 / 암호화 / 집합