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发表于 2020-1-8 19:53
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本帖最后由 愚工688 于 2020-1-8 11:57 编辑
实践是验证理论的唯一手段。
提出素数出现率趋于0的论者,应该验证一下在x趋大的过程中,实际素数出现率的变化趋势是什么?
素数的发生率与高斯的素数定理
用什么样的规律来表达自然数中的素数呢?高斯思索过这个问题,并预想过素数定理,即
当自然数x趋向无穷大时 Lim[π(x) /(x/ln x)]= 1
对自然数x而言,π(x)是表示p≤x 的素数个数。
高斯的素数定理计算得出素数个数在 x变化过程中π(x)=x/ln(x) 的相对误差变化情况:
x=10, π(10)=4;
x=10^2, π(10^2)=25; x/ln(x)≈ 22,Δ≈-0.1314;
x=10^3,π(10^3)=168;x/ln(x)≈145 ,Δ≈-0.1383;
x=10^4,π(10^4)=1229;x/ln(x)≈1086 ,Δ≈-0.11635;
x=10^5,π(10^5)=9592;x/ln(x)≈ 8686,Δ≈-0.09445;
x=10^6,π(10^6)=78498;x/ln(x)≈72382 ,Δ≈-0.07791;
x=10^7,π(10^7)=664579;x/ln(x)≈620421 ,Δ≈-0.066445;
x=10^8,π(10^8)=5761455;x/ln(x)≈5428681 ,Δ≈-0.057759;
x=10^9,π(10^9)=50847534,x/ln(x)≈ 48,254,942,Δ≈-0.050988;
x=10^10,π(10^10)=455052511;x/ln(x)≈434,294,482 ,Δ≈-0.045617;
x=10^11,π(10^11)=4118054813;x/ln(x)≈3,948,131,654 ,Δ≈-0.041263;
x=10^12,π(10^12)=37607912018 ;x/ln(x)≈36,191,206,825 ,Δ≈-0.03767;
x=10^13,π(10^13)=346065536839 ;x/ln(x)≈334,072,678,387 ,Δ≈-0.034565;
x=10^14,π(10^14)=3204941750802 ;x/ln(x)≈3,102,103,442,166 ,Δ≈-0.032087;
x=10^15,π(10^15)=29844570422669 ;x/ln(x)≈28,952,965,460,216 ,Δ≈-0.029875;
x=10^16,π(10^16)=279238341033925;x/ln(x)≈ 271,434,051,189,528,Δ≈-0.027948;
x=10^17,π(10^17)=2623557157654233;x/ln(x)≈2,554,673,422,960,262 ,Δ≈-0.0262559;
x=10^18,π(10^18)=24739954287740860;x/ln(x)≈24,127,471,216,846,922 ,Δ≈-0.024568;
x=10^19,π(10^19)= 234057667276344607;x/ln(x)≈228,576,043,106,970,842 ,Δ≈-0.023420;
x=10^20,π(10^20)= 2220819602560918840;x/ln(x)≈2,171,472,409,516,223,002 ,Δ≈-0.0222203;
x=10^21,π(10^21)= 21127269486018731928 ;x/ln(x)≈20,680,689,614,440,219,071 ,Δ≈-0.0211376;
x=10^22,π(10^22)=201467286689315906290;x/ln(x)≈ 197,406,582,683,293,000,222,Δ≈-0.0201556;
x=10^23,π(10^23)=1925320391606803968923;x/ln(x)≈1,888,236,877,840,193,915,163 ,Δ≈-0.019261;
随x的增大,计算值的相对误差愈来愈小,素数定理计算的x/ln(x)值从下界逐渐的逼近真值π(x)。
这里有个素数的发生率问题,显然实际的素数发生率p(x)=π(x)/x 。
当x→∞时,素数发生率10^n=π(x)/x的变化趋势会怎么样呢?
由于在x→∞时,π(x)/x=1/ln(x) , 并且x/ln(x)值无限逼近真值π(x) ,这是素数定理所证明的定论。
而这里的1/ln(x) 则为理论素数发生率。
因此当数采用指数形式表示时,对于两个大数:
x1=10^n ;x2=10^(n+1) ,
两者的实际素数发生率之比值近似于两者的理论素数发生率之比。
比值≈ 1/ln(x2):1/ln(x1) =ln(x1)/ln(x2) ,
在x→∞时, x=10^n 的指数同样有n→∞ ,有 lim [n/(n+1)]=1 。
因此在x→∞时,素数发生率π(x)/x的下降会愈来愈缓慢,π(x)/x的极限应该略微的比一个能够计算的大数x的π(x)/x 小;这个比值乃是两个不等阶的无穷大的比,是不可能等于零的。
看看实际的素数发生率的数据bi={π[10^(n+1)]/10^(n+1)} / {[π(10^n)/10^n]} 的数据,是否正是显示这样趋势呢?
x=10, π(10)=4;
x=10^2, π(10^2)= 25;bi=0.625
x=10^3,π(10^3)= 168;bi=0.672
x=10^4,π(10^4)= 1229;bi≈0.73155
x=10^5,π(10^5)= 9592;bi≈0.78047
x=10^6,π(10^6)= 78498;bi≈0.81837
x=10^7,π(10^7)= 664579;bi≈0.84662
x=10^8,π(10^8)= 5761455;bi≈0.86693
x=10^9,π(10^9)= 50847534,bi≈0.882547
x=10^10,π(10^10)= 455052511;bi≈0.894935
x=10^11,π(10^11)= 4118054813;bi≈0.904963
x=10^12,π(10^12)= 37607912018 ;bi≈0.913245
x=10^13,π(10^13)= 346065536839 ;bi≈0.920193
x=10^14,π(10^14)= 3204941750802 ;bi≈0.926108
x=10^15,π(10^15)= 29844570422669 ;bi≈0.931205
x=10^16,π(10^16)= 279238341033925;bi≈0.935642
x=10^17,π(10^17)= 2623557157654233;bi≈0.9395402
x=10^18,π(10^18)= 24739954287740860;bi≈.94299277
x=10^19,π(10^19)= 234057667276344607;bi≈0.9460715
x=10^20,π(10^20)= 2220819602560918840;bi≈0.9488344
x=10^21,π(10^21)= 21127269486018731928;bi≈0.9513276
x=10^22,π(10^22)= 201467286689315906290;bi≈0.9535889
x=10^23,π(10^23)= 1925320391606803968923;bi≈0.9556491
而依据 两个不同x时的素数发生率的比值≈ 1/ln(x2):1/ln(x1) =ln(x1)/ln(x2)
以此计算一下:
ln(10^22)/ln(10^23)=50.656872/52.959475≈0.956521416,与上面实际素数出现率之比0.9556491也是相近的。
因此在x→∞时, x=10^n 的指数同样有 n→∞ ,有 lim [n/(n+1)]=1
而bi=π[10^(n+1)]/10^(n+1)/[π(10^n)/10^n]必然趋近于0.9999…。
此时素数发生率 π(10^n)/10^n 在扩大10倍的情况下也几乎不变,可以看作是极限。显然没有看出丝毫素数发生率趋于0的迹象。
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