定义一个正整数 xx 为“超级合数”,当且仅当 xx 是合数,且 x+1x+1 与 x−1x-1 都是质数。对于 2<x<402 < x < 40 的所有偶数 xx,学生小明声称:“所有的偶数 xx 都是超级合数,因为夹在两个奇数之间的偶数必然是合数,而相邻的两个奇数必然都是质数。”
请评价小明的说法。若不正确,请举出一个反例,并结合“为什么 11 既不是质数也不是合数”来解释你的反例为何使小明的说法失效。

完整解法

1. 对小明的说法作出明确评价

小明的说法是不正确的。

2. 在指定范围内构造反例证明小明的结论不成立

在 2<x<402 < x < 40 的偶数中,取 x=8x = 8:

  • x=8x = 8 是偶数且是合数;
  • x−1=7x - 1 = 7,77 是质数;
  • x+1=9x + 1 = 9,9=3×39 = 3 \times 3,正因数有 1,3,91, 3, 9,故 99 是合数而非质数。
    因此 x=8x = 8 不满足“x+1x+1 与 x−1x-1 都是质数”的条件,即 88 不是超级合数。这说明“所有的偶数 xx 都是超级合数”不成立。

3. 结合“1既不是质数也不是合数”的原理解释小明逻辑失效的原因

根据定义,质数是大于 11 且恰好有两个不同正因数(11 和自身)的正整数;合数是大于 11 且除了 11 和自身还有其他正因数的正整数。
数字 11 只有 11 个正因数,因此 11 既不是质数也不是合数。这表明“奇数”与“质数”是不同的概念,奇数不一定会是质数。
在反例 x=8x = 8 中,相邻的奇数 99 除了 11 和 99 外还有因数 33(正因数个数大于 22),因此 99 是合数。小明错误地假定“相邻的两个奇数必然都是质数”,混淆了奇数与质数的定义,导致其推理失效。

答案

小明的说法是不正确的。
反例: 取偶数 x=8x = 8(满足 2<8<402 < 8 < 40)。此时 x−1=7x - 1 = 7(是质数),但 x+1=9=3×3x + 1 = 9 = 3 \times 3(是合数,不是质数),因此 x=8x = 8 不是超级合数。
解释: 质数的定义是“大于 11 且只有 11 和它本身两个正因数的正整数”。数字 11 只有 11 个正因数(即它自己),不满足质数有且仅有 22 个不同正因数的定义,因此 11 既不是质数也不是合数。这说明“奇数并不天然等于质数”。类似地,奇数 99 除了 11 和 99 外还有因数 33(正因数个数超过 22 个),所以 99 是合数。小明断言“相邻的两个奇数必然都是质数”混淆了“奇数”与“质数”的概念,因此其说法失效。

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