Twierdzenie o liczbach pierwszych i hipoteza Riemanna

Podobne dokumenty
Liczby pierwsze rozmieszczenie. Liczby pierwsze rozmieszczenie

Teoria liczb. Zajmuje się własnościami liczb, wszystkim całkowitych

Rozdział 5. Szeregi liczbowe. 5.1 Szeregi liczbowe. Definicja sumy częściowej ciągu. Niech dany będzie ciąg liczbowy (a n ) n=1.

WYKŁAD Z ANALIZY MATEMATYCZNEJ I. dr. Elżbieta Kotlicka. Centrum Nauczania Matematyki i Fizyki

Matematyka dyskretna

Funkcje analityczne. Wykład 2. Płaszczyzna zespolona. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2017/2018)

1 Relacje i odwzorowania

Kurs wyrównawczy - teoria funkcji holomorficznych

Analiza funkcjonalna 1.

Szeregi funkcyjne. Szeregi potęgowe i trygonometryczne. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

Pojęcie szeregu nieskończonego:zastosowania do rachunku prawdopodobieństwa wykład 1

Elementy teorii liczb. Matematyka dyskretna

Funkcje analityczne. Wykład 12

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Analiza matematyczna. 1. Ciągi

Definicja punktu wewnętrznego zbioru Punkt p jest punktem wewnętrznym zbioru, gdy należy do niego wraz z pewnym swoim otoczeniem

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

Finanse i Rachunkowość studia niestacjonarne Wprowadzenie do teorii ciągów liczbowych (treść wykładu z 21 grudnia 2014)

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

OPIS MODUŁ KSZTAŁCENIA (SYLABUS)

1 Szeregi potęgowe. 1.1 Promień zbieżności szeregu potęgowego. Wydział Informatyki, KONWERSATORIUM Z MATEMATYKI, 2008/2009.

1 Określenie pierścienia

Krzysztof Rykaczewski. Szeregi

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

Funkcje analityczne. Wykład 3. Funkcje holomorficzne. Paweł Mleczko. Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017) z = x + iy A

Wykłady... b i a i. i=1. m(d k ) inf

Szeregi liczbowe. Analiza Matematyczna. Alexander Denisjuk

FUNKCJE ZESPOLONE Lista zadań 2005/2006

Matematyka II. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna Semestr letni 2018/2019 wykład 13 (27 maja)

8 Całka stochastyczna względem semimartyngałów

Kryptografia - zastosowanie krzywych eliptycznych

Podstawowe struktury algebraiczne

Funkcje arytmetyczne i specjalne ciągi liczbowe

Ciała i wielomiany 1. przez 1, i nazywamy jedynką, zaś element odwrotny do a 0 względem działania oznaczamy przez a 1, i nazywamy odwrotnością a);

1. Liczby zespolone Zadanie 1.1. Przedstawić w postaci a + ib, a, b R, następujące liczby zespolone (1) 1 i (2) (5)

1. Liczby zespolone. Jacek Jędrzejewski 2011/2012

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

Liczby zespolone. x + 2 = 0.

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

Ciągi liczbowe wykład 3

Przestrzenie wektorowe

Egzamin z Analizy Matematycznej I dla Informatyków, 28 I 2017 Część I

Dr inż. Robert Wójcik, p. 313, C-3, tel Katedra Informatyki Technicznej (K-9) Wydział Elektroniki (W-4) Politechnika Wrocławska

Wykład 7: Szeregi liczbowe i potęgowe. S 1 = a 1 S 2 = a 1 + a 2 S 3 = a 1 + a 2 + a 3. a k

F t+ := s>t. F s = F t.

Krzywe Freya i Wielkie Twierdzenie Fermata

AM1.2 zadania 14. Zadania z numerami opatrzonymi gwiazdka

Wykłady ostatnie. Rodzinę P podzbiorów przestrzeni X nazywamy σ - algebrą, jeżeli dla A, B P (2) A B P, (3) A \ B P,

c n (z z 0 ) n (2) Powiemy, że szereg Laurenta (2) jest zbieżny, jeśli każdy z szeregów zdefiniowanych w (1) jest f(z). Sume

Całki niewłaściwe. Całki w granicach nieskończonych

Funkcje analityczne. Wykład 1. Co to są i do czego służą funkcje analityczne? Funkcje analityczne (rok akademicki 2016/2017)

z n n=1 S n nazywamy sum a szeregu. Szereg, który nie jest zbieżny, nazywamy rozbieżnym. n=1

Teoria liczb. Magdalena Lemańska. Magdalena Lemańska,

26 marzec, Łańcuchy Markowa z czasem ciągłym. Procesy Stochastyczne, wykład 7, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1136

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

n=0 (n + r)a n x n+r 1 (n + r)(n + r 1)a n x n+r 2. Wykorzystując te obliczenia otrzymujemy, że lewa strona równania (1) jest równa

13 Równanie struny drgającej. Równanie przewodnictwa ciepła.

Funkcja tworząca Funkcja charakterystyczna. Definicja i własności Funkcja tworząca momenty

a 1, a 2, a 3,..., a n,...

1 Wersja testu A 18 września 2014 r.

Agata Boratyńska ZADANIA Z MATEMATYKI, I ROK SGH GRANICA CIĄGU

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

ZADANIA PRZYGOTOWAWCZE DO EGZAMINU Z UKŁADÓW DYNAMICZNYCH

Dlaczego nie wystarczają liczby wymierne

6. Punkty osobliwe, residua i obliczanie całek

Analiza I.2*, lato 2018

Informacja o przestrzeniach Hilberta

1 Macierze i wyznaczniki

Zadania o numerze 4 z zestawów licencjat 2014.

Przykładowe zadania na egzamin z matematyki - dr Anita Tlałka - 1

Relacje. opracował Maciej Grzesiak. 17 października 2011

Funkcja ζ Riemanna. Anna Gwiżdż. Praca magisterska napisana pod kierunkiem dr hab. Zbigniewa Błockiego

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

1. Liczby zespolone Stwierdzić kiedy kwadrat liczby zespolonej jest liczbą. (i) rzeczywistą, (ii) ujemną, (iii) tylko urojoną?

7 Twierdzenie Fubiniego

Wykład 4. Określimy teraz pewną ważną klasę pierścieni.

Przykładowe zadania z teorii liczb

Grupy, pierścienie i ciała

1. Określenie pierścienia

Uniwersyteckie Koło Matematyczne - Tajemnicza liczba e.

Spis treści. O autorach 13. Wstęp 15. Przedmowa do wydania drugiego 19

Ośrodkowość procesów, proces Wienera. Ośrodkowość procesów, proces Wienera Procesy Stochastyczne, wykład, T. Byczkowski,

Zadania egzaminacyjne

Instytut Matematyczny Uniwersytet Wrocławski. Zakres egzaminu magisterskiego. Wybrane rozdziały anazlizy i topologii 1 i 2

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

Leonhard Euler ur. 15 kwietnia 1707 w Bazylei zm. 18 września 1783 w Petersburgu uważany za jednego z najbardziej produktywnych matematyków w historii

Analiza Funkcjonalna - Zadania

Szeregi liczbowe. Szeregi liczbowe i ich kryteria zbieżności. Małgorzata Wyrwas. Katedra Matematyki Wydział Informatyki Politechnika Białostocka

DB Algebra liniowa semestr zimowy 2018

Lista zagadnień omawianych na wykładzie w dn r. :

Sprawy organizacyjne. dr Barbara Przebieracz Bankowa 14, p.568

Równania Pitagorasa i Fermata

Spis treści. Księgarnia PWN: Andrzej Ganczar - Analiza zespolona w zadaniach. Wstęp... Oznaczenia... Zadania. 1. Liczby zespolone...

28 maja, Problem Dirichleta, proces Wienera. Procesy Stochastyczne, wykład 14, T. Byczkowski, Procesy Stochastyczne, PPT, Matematyka MAP1126

CAŁKI NIEOZNACZONE C R}.

Indukcja matematyczna. Zasada minimum. Zastosowania.

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Szeregi o wyrazach dodatnich. Kryteria zbieżności d'alemberta i Cauchy'ego

Funkcje rzeczywiste jednej. Matematyka Studium doktoranckie KAE SGH Semestr letni 2008/2009 R. Łochowski

Transkrypt:

o liczbach pierwszych i hipoteza Riemanna Artur Ulikowski Politechnika Gdańska 10 marca 2009

o liczbach pierwszych Legendre, badając rozkład liczb pierwszych, postawił następującą hipotezę: Niech π(x) = p x 1. Wtedy: lim n π(x) x/ ln x = 1 Podczas próby udowodnienia go, na podstawie kwantyfikacji sita Eratostenesa, Legendre otrzymał następujący wzór: π(x) π( x) + 1 = x p x(1 1 p ) + O(2π( x) ) Ponieważ jednak błąd był wykładniczo większy od wyrazu głównego, było to stwierdzenie praktycznie bezużyteczne.

Analiza w teorii liczb Początek wykorzystaniu analizy matematycznej w teorii liczb dał Euler, który podczas próby udowodnienia następującego twierdzenia Szereg p 1 p jest rozbieżny. wprowadził funkcję ζ(s) = n 1 n = s p wspomniane twierdzenie badając ln ζ(x). 1 1 p s i otrzymał

Dirichleta Idee Eulera zostały rozwinięte przez Dirichleta w dowodzie następującego twierdzenia: (Dirichlet) Niech a, b N, NWD(a, b) = 1. Wtedy istnieje nieskończenie wiele liczb pierwszych postaci an + b, n N. Dirichlet wprowadził pojęcie charakteru modulo k oraz L-szeregu i z rozbieżności pewnych L-szeregów wyprowadził wyżej wymienione twierdzenie.

Charaktery Dirichleta i L-szeregi Definicja Charakterem modulo k nazywamy funkcję χ k : Z C spełniającą następujące warunki: NWD(a, k) > 1 χ k (a) = 0 χ k (1) 0 a,b Z χ k (ab) = χ k (a)χ k (b) a b mod k χ k (a) = χ k (b) Definicja L-szeregiem Dirichleta nazywamy szereg postaci L(s, χ) = n gdzie s C, a χ jest charakterem. χ(n) n s,

Dowód twierdzenia Dirichleta Dirichlet pokazał, że jeżeli NWD(a, b) = 1 i byłoby tylko skończenie wiele liczb pierwszych postaci an + b, pewne szeregi pokrewne L-funkcjom byłyby zbieżne. Następnie udowodnił, że szeregi te w rzeczywistości są rozbieżne.

Funkcja ζ Riemanna Wkładem Riemanna do teorii liczb było analityczne przedłużenie funkcji dzeta Eulera na całą płaszczyznę zespoloną i pokazanie, że o liczbach pierwszych jest równoważne stwierdzeniu, że funkcja dzeta Riemanna nie ma miejsc zerowych na linii R(s) = 1.

Funkcje Czebyszewa Definicja Funkcje θ(x) = p x ln p, ψ(x) = p k x ln p nazywamy funkcjami Czebyszewa. Następujące stwierdzenia są równoważne: π(x) x ln x θ(x) x ψ(x) x

Lemat o asymptotach Niech Wtedy zachodzi f (p) ln p rx. p x p x f (p) rx ln x. Z powyższego lematu wynika pierwsza z wspomnianych równoważności - skorzystamy z tego w dowodzie twierdzenia o liczbach pierwszych.

Pierwsze dowody twierdzenia o liczbach pierwszych Dowody Hadamarda i de la Vallee-Poussina opierały się na pokazaniu, że funkcja ζ Riemanna nie ma miejsc zerowych takich, że R(s) = 1. Dowody te korzystały z własności funkcji von Mangoldta. Aktualnie dowodzi się tego w prostszy sposób, którego nie będziemy omawiać.

Twierdzenia o zbieżności Niech c n będzie ograniczonym ciągiem zespolonym. Zdefiniujmy D(s) = n c n n s. Jeśli D(s) przedłuża się do funkcji holomorficznej na zbiorze zawierającym zbiór {s C : R(s) 1}, to suma n c n/n s jest zbieżna dla R(s) 1. Niech S będzie funkcją ograniczoną lokalnie całkowalną. Niech f (s) = 0 S(t)e st dt przedłuża się do funkcji holomorficznej na zbiorze zawierającym zbiór {s C : R(s) 1}. Wtedy całka 0 S(t)e st dt jest zbieżna dla R(s) 0 i równa f (s).

Wniosek z twierdzenia o zbieżności Niech c n będzie ciągiem nieujemnych liczb zespolonych. Niech D(s) = n c n ln n n s. Jeżeli S(x) = c n ln n n x jest O(x) i (s 1)D(s) rozszerza się do funkcji holomorficznej na zbiorze zawierającym zbiór {s C : R(s) 1}, to S(x) ρx, gdzie ρ jest residuum funkcji D(s) przy s = 1.

Zastosowanie do twierdzenia o liczbach pierwszych θ(x) x Dowód. Mamy: d ds ln ζ(x) = p d ds ln(1 p s ) = p ln p p s p m x ln p p ms. Ponieważ funkcja ζ nie znika dla R(s) = 1, powyższa funkcja jest holomorficzna dla R(s) 1 poza biegunem w s = 1 o residuum 1. Zatem f (s) = p ln p p też jest tam holomorficzna. Wniosek z s twierdzenia o zbieżności daje nam θ(x) = ln p x p x

Uogólnienie na L-funkcje Niech L(s) = p 1 det(1 n p s Φ p ), gdzie Φ p jest macierzą zespoloną n n o ograniczonych wartościach własnych. Jeżeli (s 1)L(s) jest holomorficzna i niezerowa dla R(s) 1, natomiast L(s) ma w s = 1 biegun o residuum ρ, to mamy: { x dla ρ 0 ln p trφ p 0 w przeciwnym razie p x

Hipoteza Riemanna i jej znaczenie Riemann pokazał, ze wszystkie nietrywialne zera funkcji ζ muszą leżeć w tzw. pasie krytycznym 0 R(s) 1 Hipoteza Riemanna mówi, że wszystkie nietrywialne zera funkcji ζ Riemanna leżą na prostej R(s) = 1 2 Jedną z konsekwencji prawdziwości hipotezy Riemanna jest stwierdzenie, że π(x) = x 2 dt ln t + O( x ln x), co wskazuje na bardziej uporządkowane rozmieszczenie liczb pierwszych.

Inne konsekwencje i próby dowodu Sama hipoteza Riemanna nie ma tak ważnych konsekwencji, jak sama metoda jej dowiedzenia. Jedną z konsekwencji dowodu hipotezy mogłyby być nowe metody faktoryzacji dużych liczb, co ma znaczenie w kryptografii. Aktualnie większość prób dowodu opiera się na algebraicznej teorii liczb - okazuje się, że relacje pewnych struktur algebraicznych są związane z miejscami zerowymi funkcji ζ.

Bibliografia B. Fine, G. Rosenberger An Epic Drama: The Development of the Prime Number Theorem P. Garrett A Simple Proof of the Prime Number Theorem J. E. Littlewood The quickest proof of the prime number theorem Acta Arithmetica XVIII (1971) D. Zagier Newmann s Short Proof of the Prime Number Theorem D. J. Newmann Simple Analytic Proof of the Prime Number Theorem