Primo-kalkulanta funkcio
Matematikaj funkcioj |
---|
Aroj: fonta aro, argumentaro, bildaro, cela aro (suma klarigo) • malbildo |
Fundamentaj funkcioj |
Algebraj funkcioj: konstanta • lineara • kvadrata • polinoma • racionala • Transformo de Möbius Aliaj funkcioj: trigonometriaj • inversa trigonometria • hiperbola • eksponenta • logaritma • potenca |
Specialaj funkcioj |
erara • β • Γ • ζ • η • W de Lambert • de Bessel |
Nombroteoriaj funkcioj: |
τ • σ • de Möbius • φ • π • λ |
Ecoj: |
totaleco kaj parteco • pareco kaj malpareco • monotoneco • bariteco • periodeco • disĵeteco • surĵeteco • dissurĵeteco kontinueco • derivaĵeco • integralebleco |
En matematiko, la primo-kalkulanta funkcio estas la funkcio kies valoro estas kvanto de primoj malpli grandaj ol aŭ egala al ĝia argumento - reela nombro x. (Ĝi estas malsama la nombro π, kvankam la sama litero estas uzata).
Kreskada kurzo
[redakti | redakti fonton]Granda intereso en nombroteorio estas al la kreskada kurzo de la primo-kalkulanta funkcio. Estis konjektite en la fino de la 18-a jarcento de Carl Friedrich Gauss kaj Adrien-Marie Legendre ke ĝi estas proksimume en la senco ke
Ĉi tiu frazo estas la prima teoremo. Ekvivalenta frazo estas
kie estas la logaritma integrala funkcio. Ĉi tio estis unue pruvita en 1896 de Jacques Hadamard kaj Charles Jean de la Vallée-Poussin sendepende, uzante propraĵojn de la rimana ζ funkcio prezentitaj de Bernhard Riemann en 1859.
Pli precizaj pritaksoj de estas nun sciataj, ekzemple
kie O estas la granda O. Pruvoj de la prima teoremo ne uzantaj la zetan funkcion aŭ kompleksan analitikon estis trovitaj ĉirkaŭ 1948 de Atle Selberg kaj Paŭlo Erdős grandparte sendepende.
Alia konjekto pri la kreskada kurzo por prima serio engaĝante la priman teoremon estas
Tabelo de , , kaj
[redakti | redakti fonton]10 | 4 | -0,3 | 2,2 | 2,500 |
102 | 25 | 3,3 | 5,1 | 4,000 |
103 | 168 | 23 | 10 | 5,952 |
104 | 1229 | 143 | 17 | 8,137 |
105 | 9592 | 906 | 38 | 10,425 |
106 | 78498 | 6116 | 130 | 12,740 |
107 | 664579 | 44158 | 339 | 15,047 |
108 | 5761455 | 332774 | 754 | 17,357 |
109 | 50847534 | 2592592 | 1701 | 19,667 |
1010 | 455052511 | 20758029 | 3104 | 21,975 |
1011 | 4118054813 | 169923159 | 11588 | 24,283 |
1012 | 37607912018 | 1416705193 | 38263 | 26,590 |
1013 | 346065536839 | 11992858452 | 108971 | 28,896 |
1014 | 3204941750802 | 102838308636 | 314890 | 31,202 |
1015 | 29844570422669 | 891604962452 | 1052619 | 33,507 |
1016 | 279238341033925 | 7804289844393 | 3214632 | 35,812 |
1017 | 2623557157654233 | 68883734693281 | 7956589 | 38,116 |
1018 | 24739954287740860 | 612483070893536 | 21949555 | 40,420 |
1019 | 234057667276344607 | 5481624169369960 | 99877775 | 42,725 |
1020 | 2220819602560918840 | 49347193044659701 | 222744644 | 45,028 |
1021 | 21127269486018731928 | 446579871578168707 | 597394254 | 47,332 |
1022 | 201467286689315906290 | 4060704006019620994 | 1932355208 | 49,636 |
1023 | 1925320391606803968923 | 37083513766578631309 | 7250186216 | 51,939 |
La valoro por estas de Tomás Oliveira e Silva.
Algoritmoj por komputado de
[redakti | redakti fonton]Simpla maniero por kalkuli se estas ne tro granda estas per kribrilo de Eratosteno produkti la primojn kaj poste kalkuli ilin.
Pli ellaborita vojo kalkuli estas de Adrien-Marie Legendre: por donita , se estas malsamaj primoj, kvanto de entjeroj malpli grandaj ol aŭ egalaj al kiu estas divideblaj per neniu el estas
(kie estas la planka funkcio). Ĉi tiu nombro estas pro tio egala al
kiam la nombroj estas la primoj malpli grandaj ol aŭ egalaj al la kvadrata radiko de .
En serio de artikoloj publikigita inter 1870 kaj 1885, Ernst Meissel priskribis kaj uzis praktikan kombinan manieron de komputado de . Estu la unuaj primoj kaj estu kvanto de naturaj nombroj ne pli grandaj ol kiuj estas divideblaj per neniu el . Tiam
Por donita natura nombro m, se kaj se , tiam
Uzante ĉi tiun manieron, Meissel komputis por egala al , , , kaj .
En 1959, Derrick Henry Lehmer etendis kaj simpligis la manieron de Meissel. Estu, por reela kaj naturaj , , kvanto de entjeroj ne pli grandaj ol kun akurate primaj faktoroj, ĉiuj pli granda ol . Ankaŭ estu . Tiam
kie la sumo reale havas nur finie multajn nenulajn erojn. Estu entjero tia ke , kaj estu . Tiam kaj por . Pro tio
La kalkulado de povas esti farita kiel
Aliflanke, la kalkulado de povas esti farita per jenaj reguloj:
Per ĉi tia maniero sur komputilo IBM 701, Lehmer estis pova komputi valoron .
Hwang Cheng uzis jenajn identojn:
kun preno de , kun laplaca konverto de ambaŭ flankoj kaj aplikado de geometria sumo sur . Tiam rezultiĝas
Aliaj primo-kalkulantaj funkcioj
[redakti | redakti fonton]Unu el la aliaj primo-kalkulantaj funkcioj estas kies valoro je ĉiu punkto de nekontinueco egalas al averaĝo de valoroj je la du flankoj de ĉi tiu punkto:
Tiel ekzemple:
- π0(x)=1 por 2<x<3
- π0(3)=3/2
- π0(x)=2 por 3<x<5
Ankoraŭ unu el la aliaj primo-kalkulantaj funkcioj estas la rimana primo-kalkulanta funkcio, kutime skribata kiel Π0(x). Ĉi tiu funkcio pligrandiĝas je 1/n je ĉiu prima potenco pn, kaj ĝia valoro je ĉiu punkto de nekontinueco egalas al averaĝo de valoroj je la du flankoj de ĉi tiu punkto. Ĉi tiu aldonita detalo estas ĉar tiam la funkcio povas esti difinita per inverso de konverto de Mellin. Tiel Π0(x) estas
kie ĉiu p estas primo. Aŭ
kie Λ(n) estas la funkcio de von Mangoldt.
Inversiga formulo de Möbius tiam donas ke
Per interrilato inter logaritmo de la rimana ζ funkcio kaj la funkcio de von Mangoldt kaj per la formulo de Perron rezultiĝas
En la funkcioj de Ĉebiŝev por primoj aŭ primaj potencoj pn estas sumataj valoroj ln(p):
Formuloj por primo-kalkulantaj funkcioj
[redakti | redakti fonton]Estas jena esprimo por ψ(x):
kie
Ĉi tie ρ estas la nuloj de la rimana ζ funkcio en la kritika filmo, kie la reela parto de ρ estas inter 0 kaj 1. La formulo estas valida por x>1, kio estas la regiono de intereso. La sumo tra la radikoj estas kondiĉe konverĝa, kaj devas esti sumata en ordo de pligrandiĝo de absoluta valoro de la imaginara parto. La sama sumo tra la bagatelaj radikoj donas la lasta subtrahaton en la formulo. La nuloj en la kritika filmo estas en kompleksaj konjugitaj paroj, do la sumo estas reela.
Por Π0(x) estas pli komplika formulo
Denove, la formulo estas valida por x>1, kaj ρ estas la netrivialaj nuloj de la zeta funkcio ordigitaj laŭ ilia absoluta valoro, kaj, denove, la lasta integralo, prenita kun minuso, estas ĝuste la sama sumo sed tra la bagatelaj nuloj. La unua membro li(x) estas la kutima logaritma integrala funkcio; la esprimo li(xρ) en la dua membro devas esti konsiderata kiel Ei(ρ ln x), kie Ei estas la analitika vastigaĵo de la eksponenta integrala funkcio de pozitivaj reelaj nombroj al la kompleksa ebeno kun branĉa tranĉo laŭ la negativaj reelaj nombroj.
Tiel inversiga formulo de Möbius donas ke
por x>1, kie
estas tiel nomata kiel rimana R-funkcio. La lasta serio por ĝi estas sciata kiel grama serio kaj konverĝas por ĉiuj pozitivaj x.
La sumo tra nuloj de zeta funkcio en la kritika filmo en la formulo por π0(x) priskribas la fluktuojn de π0(x), kaj la cetera eroj donas la glatan parton. Se la rimana hipotezo veras, la amplitudo de la fluktuoj estas heŭristike proksimume , tiel la fluktuoj de la distribuo de primoj povas esti prezentitaj per la delta funkcio:
Neegalaĵoj
[redakti | redakti fonton]Jen estas iuj neegalaĵoj pri π(x):
- por x > 1
- por x ≥ 55
Estis konjekto ke π(x) ≤ li(x) por ĉiu pozitiva entjero x, ĝi estas malpruvita, vidu pli detale en artikolo nombro de Skewes.
Jen estas iuj neegalaĵoj por la n-a primo pn:
- n ln n + n ln ln n - n < pn < n ln n + n ln ln n por n ≥ 6, la maldekstra neegalaĵo veras eĉ por n ≥ 1
Proksimumado por la n-a primo estas
La rimana hipotezo
[redakti | redakti fonton]La rimana hipotezo estas ekvivalenta al multe pli strikta baro por la eraro en la pritakso por π(x), kaj de ĉi tie al pli regula distribuo de primoj:
Vidu ankaŭ
[redakti | redakti fonton]- Primofaktorialo
- Logaritma integrala funkcio
- Rimana ζ funkcio
- Rimana hipotezo
- Nombro de Skewes - pri signo de la diferenco π(x) - li(x)
Eksteraj ligiloj
[redakti | redakti fonton]- Marc Deléglise kaj Jöel Rivat, Komputado de π(x): maniero de Meissel, Lehmer, Lagarias, Miller, Odlyzko, Matematiko de kalkulado, volumo 65, nombro 33, januaro 1996, paĝoj 235-245
- Eric W. Weisstein, Rimana primo-kalkulanta funkcio, Rimana R-funkcio en MathWorld.
- Eric W. Weisstein, Grama serio en MathWorld.
- Tomás Oliveira e Silva, Tabeloj de valoroj de π(x) kaj de π2(x)
- Xavier Gourdon kaj Pascal Sebah, Valoroj ĝis 4·1022
- Chrita Caldwell, La n-a prima paĝo je la Primaj Paĝoj.
- A006880 en OEIS π(x)
- A057752 en OEIS li(x) − π(x)
- A057835 en OEIS π(x) - x / ln x
- Tabelo de Δ(x), bazita sur la rezultoj de Tomás Oliveira e Silva