素数有哪些用途,有一种蝉利用素数性质来巧妙躲避天敌!

网络中广泛使用的RSA算法,就是基于素数性质的重要应用;在大自然中,素数甚至还关系着一个物种的生存和繁衍。

素数表示只能被1和本身整除且大于1的自然数,其余大于1的自然数叫做合数,“1”既不是素数也不是合数;算术基本定理指出,任何大于1的自然数,都可以唯一分解为有限个素数的乘积。

素数就是构成所有数字的基石,要想了解数字的性质,就必须弄清楚素数的奥秘。

加密算法

在数学中,我们把两个大的质数相乘很容易,但是要把一个大数进行分解却很难;比如利用传统计算机,把两个256位的素数相乘只要几秒钟,但是要把一个512位的大数分解成两个素数,可能需要数十万年的时间。

于是算法学家利用这种算法难度的不对称,发明了RSA非对称加密算法,成为我们网络安全的数学基础,这算是素数在实际生活中的一个重要应用。

十七年蝉

在大自然中,有些生物利用素数的性质,使得自身种群在竞争中处于优势,比如北美洲的十七年蝉,还有十三年蝉。

十七年蝉的生命周期为17年,幼虫时期潜伏于树根底下,每过17年后集体破土而出,长度约2.5cm,再进行交配和产卵。几周后就会死亡。

经过研究发现,这种特殊的17年周期,能有效避开它们的天敌,首先捕食者一般不会有这么长的周期来和十七年蝉保持同步,对于一些固定生命周期的天敌,将很难遇到和十七年蝉在同一年相遇,例如:

(1)捕食者A的生命周期为2年,那么平均2*17=34年,才会和十七年蝉相遇一次;

(2)捕食者B的生命周期为4年,那么平均4*17=68年,才会和十七年蝉相遇一次;

(3)捕食者C的生命周期为6年,那么平均6*17=102年,才会和十七年蝉相遇一次;

研究人员还发现,在十七年蝉出现后的第12年,捕食它们的鸟类数量出现明显下滑;在第17年时,捕食者数量降到最低,此时十七年蝉才破土而出。

十七年蝉利用这种优势,种群得到了长久的延续,在北美洲,前面几次十七年蝉的出现年份分别为:1962年、1979年、1996年和2013年。

每到十七年蝉出现的年份,美国东海岸会被铺天盖地的蝉占领,群体叫声可达90分贝,犹如飞机从头顶飞过;遭到十七年蝉入侵的地方,平均每平方米有数百只蝉,它们啃食树苗和庄稼,对当地生态造成严重影响,好在对人类和牲畜无直接危害。

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