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分析一下自然数中素数的发生率的 π(p-1)/p→0的极限存在的问题。
前言
有位学院派的网友对我说:数学书上的极限理论,是严密的系统理论。要谈极限问题,如果没有基本的常识,仅凭感觉,是会贻笑大方的。
原因是我质疑: 在x→∞时π(1-1/p)的极限值→0.(见王元《谈谈素数》章节12. 素数的出现概率为零)
认为该素数发生率π[(p-1)/p]→0的极限是不存在的,纯属虚构。
在自然数中,素数发生率有
π(p-1)/p=(1/2)×π(p-1)/p; (式1)
3≤p≤√x
(式1)中因子(1/2)是自然数中奇数的发生率,因此奇数中的素数发生率,
有 π(p-1)/p ;(3≤p≤√x) (式2)
下面对(式2)进行纯数学上面的变形,来看看为什么说x→∞时π(p-1)/p→0的极限是不存在的。
1)把因子(p-1)/p 变成 (p-2)/p ,产生的抵消参数 k(p)=(p-1)/(p-2),
即 π[(p-1)/p]=π[(p-2)/p] ×π[(p-1)/(p-2)] ;(p≥3); (式3)
2)在 π[(p-2)/p] 中引入小于p的全部奇合数因子(h-2)/h,用系数F(p)抵消,以便于约分化简:
即 π(p-1)/p =2/3×4/5×6/7×10/11×12/13×…×(p-1)/p
=1/3×3/5×5/7×9/11×11/13×…×(p-2)/p×π[(p-1)/(p-2)]
=[1×3×5×7×9×11×13×…×(p-4)×(p-2)]/[3×5×7×9×11×13×15×…×(p-2)×p]×K(p)×F(p)
= 1/p ×K(p)×F(p) ( 式4)
(式4)中:K(p)=π(p-1)/(p-2);(p≥3);
F(p)=π[h/(h-2)];h为小于p的全部奇合数。
来对比一下x→∞,p→∞过程中不同p时奇数中的素数发生率π[(p-1)/p]的倒数D(p)=π[p/(p-1)]、K(p)、 F(p)值大小(p≥3):
x= 100 p= 7 ,D(p)≈ 2.1875 ; K(7)≈ 3.2 ; F( 7 ) =1
x= 1000 p= 31 ,D(p)≈ 3.271135; K(31)≈ 4.9234 ; F( 29 ) = 1.924837
x= 10^4 p= 97 ,D(p)≈ 4.155679; K(97)≈ 6.2834 ; F( 97 ) = 3.714813
x= 10^5 p= 997 ,D(p)≈ 6.175488; K(997)≈ 9.35330; F( 997 ) = 17.260693
x= 10^8 p= 9973 ,D(p)≈8.212245 ; K(9973)≈ 12.4396; F( 9973 ) = 97.624025
x= 10^10 p= 99991 ,D(p)≈10.255779; K(99991)≈ 15.5353; F( 99989 ) = 627.585468
x= 10^12 p= 999983 , D(p)≈12.303755; K(999983)≈ 18.6374; F( 999983 ) = 4360.860384
x= 10^14 p= 9999991,D(p)≈14.35132 ; K(9999991)≈ 24.8106;F( 9999991 ) = 32041.369978
很显然,在x→∞,p→∞时,有 D(p)<K(p)<F(p)<p≤√x;的关系式.而p、√x均是比x低阶的无穷大。
讨论一下
假设 x→∞时素数发生率 π[(p-1)/p]=(1/2)×π(p-1)/p→0 成立,(3≤p≤√x)
则 x→∞时其倒数 D(p)=π[p/(p-1)]→∞成立,
那么p→∞时比D(p)大的K(p)→∞、F(p)→∞ 能够不成立吗?
于是由( 式4) π[(p-1)/p ]= 1/p ×K(p)×F(p) 的倒数,有
p÷K(p)÷F(p)=D(p) (式5)
于是一个荒谬的极限关系式诞生了:(式5)不就成了 ∞÷∞÷∞=∞ 吗?(式6)
例:x= 10^10时,有 99991÷15.5353÷627.585468≈10.255773=D(p)
x= 10^12时,有 999983÷18.6374÷4360.860384≈12.3037=D(p)——此处计算中的小数位数与电脑运行中的不一致,故值略有差别。
(式6)这个荒谬的极限关系式的诞生基础就是把x→∞时只是有限增大的π[p/(p-1)]——D(p)值,认定能够无限增大,由D(p)→∞所造成的荒谬的结论。
因此在x→∞,p→∞时,π[p/(p-1)]→∞的假设是不成立的,当然π[(p-1)/p]→0是不可能发生的。所谓的【严密的系统理论】纯属虚构。
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