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本帖最后由 愚工688 于 2023-4-10 12:22 编辑
探讨学术问题,要以事实为验证的依据,不能以某某权威人士的说法为依据。
比如:王元《谈谈素数》章节12. 素数的出现概率为零的论点是否符合实际呢?
x→∞时 :π(1-1/p)的极限值→0 。
讨论一下概率方式得出的素数出现率 π(1-1/p)的极限问题。
当 x→∞时,p→∞,此时 lim π(1-1/p)→? 又将如何呢?
π(1-1/p)=π[(p-1)/p] =π(p-1)/π(p);
在x→∞时,有 p→∞.
因此有 π(p-1)→∞与π(p)→∞ ,
它们的倒数 π[1/(p-1)]→0 、π[1/(p)]→0 则是两个无穷小量。
因此 π[1/(p)]/π[1/(p-1)] 的比值的极限,取决于两个无穷小量相互间阶的高低,也就是它们趋向于0的速度比较。
而教科书上对于无穷小量的阶的概念做确切的叙述:(摘自《高等数学》教材28页,书号:13012.096)
设u,v是两个无穷小量,即lim u=0,lim v=0,
(1)若 lim u/v =0 ,这说明分子u趋于0的速度比分母v趋于0的速度要快得多,则称为u为比v高价的无穷小量,记为u=0(v);
(2)若 lim u/v =∞ ,这说明分母v趋于0的速度比分子u趋于0的速度要快得多,则称为u为比v低价的无穷小量;
(3)若 lim u/v =a (a≠0 ),这说明分子u与分母v趋于0的速度差不多,则称为u与v 为同阶的无穷小量;
(4)若 lim u/v =1 ,这说明分子u与分母v趋于0的速度一样,则称为u与v 是等阶的无穷小量,记作u~v。
因此判断无穷小量的阶的高低就是一个关键。
那么 π[1/(p-1)]→0 、π[1/(p)]→0 这两个无穷小量的“阶”的判断依据,就是它们各自趋于0的速度的快慢。
很容易的做个实验:
实验数据摘录:
p( 2 )= 3 , 1/π(p)= .3333333 , 1/π(p-1)= .5
p( 3 )= 5 , 1/π(p)= 6.667D-02 , 1/π(p-1)= .125
p( 4 )= 7 , 1/π(p)= 9.524D-03 , 1/π(p-1)= 2.083333E-02
p( 5 )= 11 , 1/π(p)= 8.658D-04 , 1/π(p-1)= 2.083333E-03
p( 6 )= 13 , 1/π(p)= 6.660007E-05 , 1/π(p-1)= 1.736111E-04
……
p( 135 )= 761 , 1/π(p)= 1.59E-318 , 1/π(p-1)= 9.469E-318
p( 136 )= 769 , 1/π(p)= 2.07E-321 , 1/π(p-1)= 1.233E-320
p( 137 )= 773 , 1/π(p)= 0 , 1/π(p-1)= 0
……
(这是电脑在中精度数值运算时做的判断同个p值两个无穷小量等于0 ,)
在高精度数值运算时相同,如下)
……
p( 135 )= 761 , π[1/(p)]= 1.592007967968415D-318 , π[1/(p-1)]= 9.46898549143166D-318
p( 136 )= 769 , π[1/(p)]= 2.070135056074823D-321 , π[1/(p-1)]= 1.23269378637391D-320
p( 137 )= 773 , π[1/(p)]= 0 , π[1/(p-1)]= 0
p( 138 )= 787 , π[1/(p)]= 0 , π[1/(p-1)]= 0
很显然,两个无穷小量趋于0的速度是差不多的。根据无穷小量比较的法则,(3)若 lim u/v =a (a≠0 ),这说明分子u与分母v趋于0的速度差不多,则称为u与v 为同阶的无穷小量;
这两个无穷小量的阶是同阶,因此,它们的比值为不等于0的常数a。
显然,王元的【x→∞时 :π(1-1/p)的极限值→0 】的论点是不符合无穷小量比较的极限判断法则的。
同样的素数定理导出的素数发生率【《数论导引》(华罗庚编著)93页定理:x→∞时 π(X)/x →0;
也就是说:x→∞时 1/lnx→0;】也是经不起无穷小量比较的极限判断法则的推敲的。
轻易的把【x→∞时 1/x→0】的极限改变成【x→∞时 1/lnx→0】,能否符合“无穷小量比较的极限判断法则的”呢?
由于素数出现率π(x)/x实际上就是两个无穷小量的比较:
x→∞时,有 lim 1/x→0; lim 1/π(x)→0 ;
那么这两个无穷小量的比较是怎么样的呢?
引入一个已知的无穷小量 1/√x ,大家知道1/x 是比1/√x 高阶的无穷小量,(1/x)/(1/√x)=√x/x = 1/√x →0 .
那么1/π(x)的阶与它们比较是怎么样的?
考察一下x→∞的过程中,[1/π(x)] /(1/√x)、 (1/√x)以及π(x)/x 的值变化:
x=10^2, π(10^2)=25; √x/π(x) = 0.4 ; (1/√x)=0.1; π(x)/x = .25 ;
x=10^4,π(10^4)=1229; √x/π(x) ≈0.08137 ; (1/√x)=1e-2; π(x)/x = .1229;
x=10^8,π(10^8)=5761455, √x/π(x) ≈0.001736 ; (1/√x)=1e-4; π(x)/x ≈ .0576146;
x=10^10,π(10^10)=455052511 √x/π(x) ≈0.0002198; (1/√x)=1e-5; π(x)/x ≈ .0455053; (0.789822)——1e10与1e8 素数出现率比;
x=10^12,π(10^12)=3760……;√x/π(x) ≈2.659e-5 ; (1/√x)=1e-6; π(x)/x ≈ .0376079; (0.826451)——1e12与1e10素数出现率比;
x=10^14,π(10^14)=3204……;√x/π(x) ≈3.1202e-6; (1/√x)=1e-7; π(x)/x ≈ .0320494; (0.852199)——1e14与1e12素数出现率比;
x=10^16,π(10^16)=2792……;√x/π(x) ≈3.58e-7 ; (1/√x)=1e-8; π(x)/x ≈ .0279238; (0.871274)——1e16与1e14素数出现率比;
x=10^18,π(10^18)=2473……;√x/π(x) ≈4.042e-8 ; (1/√x)=1e-9; π(x)/x ≈ .02473995;(0.885981)——1e18与1e16素数出现率比;
x=10^20,π(10^20)=2220……;√x/π(x) ≈4.503e-9 ; (1/√x)=1e-10;π(x)/x ≈ .0222082; (0.897665 ——1e20与1e18素数出现率比;
x=10^22,π(10^22)=2014……;√x/π(x) ≈4.964e-10; (1/√x)=1e-11;π(x)/x ≈ .0201467; (0.907174)——1e22与1e20素数出现率比;
从实验比较的数据显示:
1,∵ x→∞时 lim √x/π(x)比值很快的趋小,趋近于0 ;
∴1/π(x) 是比1/√x高价的无穷小.
2,因为 1/x与1/π(x)都是比1/√x 高价的无穷小量,且 π(x)/x ≠ 1,故1/x与1/π(x)是同阶无穷小量。
依据 α(x)与β(x)是同阶无穷小量的比较定理,得出
x→∞时 lim π(x)/x = C ≠0 ,即具有一个不为0的常数值。
3,随数 x=10^n 的n值的一步步增大,素数出现率的下降速率呈现越来越慢,10^(n+2)与10^n内的素数出现率之比逐渐趋近1的趋势是很明显的,其必然会逐渐达到0.99、0.999、0.9999、……,其时素数出现率π(x)/x 的极限必将趋于一个不为0的常数。
当然在实际上我们还不能得到更大范围内的素数数量,因此不能做进一步的验证计算。只能从“10^(n+2)与10^n内的素数出现率之比”的变化趋势上面进行推测。
由此可见:“x→∞时 π(x)/x →0” 的结论与教科书上关于“无穷小量比较 ”的法则呈现矛盾,这是不言而语的。
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所以我们要依据教科书上面的定理与法则来判断事件的真伪,而不能以某个大师著作中的片言只语来当做指南。
一般讲,教科书上面的定理与法则都是经过千锤百炼,不易出错的。
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