अभाज्य संख्या प्रमेय

गणित में, अभाज्य संख्या प्रमेय (पीएनटी) सकारात्मक पूर्णांकों के बीच अभाज्य संख्याओं के विषम विश्लेषण वितरण का वर्णन करता है। यह सहज ज्ञान युक्त विचार को औपचारिक रूप देता है कि प्राइम कम सामान्य हो जाते हैं क्योंकि वे उस दर को स्पष्ट रूप से मापते हैं जिस पर यह घटित होता है। जैक्स हैडमार्ड द्वारा प्रमेय को स्वतंत्र रूप से सिद्ध किया गया था और चार्ल्स जीन डे ला वाली पुसिन 1896 में बर्नहार्ड रीमैन (विशेष रूप से, रीमैन जीटा फलन) द्वारा प्रस्तुत किए गए विचारों का उपयोग करते हुए।

इस तरह का पहला वितरण π(N) ~ N/log(N) पाया गया है , जहाँ π(N) प्राइम-काउंटिंग फलन है (N से कम या उसके सामान्य प्राइम्स की संख्या) और log(N) का प्राकृतिक लघुगणक N है . इसका कारण है कि अधिक बड़े के लिए N संभावना है कि यादृच्छिक पूर्णांक से अधिक N नहीं है प्राइम 1 / log(N) के बहुत निकट है . परिणाम स्वरुप, अधिकतम के साथ यादृच्छिक पूर्णांक 2n अंक (पर्याप्त बड़े n के लिए) अधिक से अधिक यादृच्छिक पूर्णांक के रूप में अभाज्य होने की संभावना से लगभग n आधा है । उदाहरण के लिए, अधिकतम 1000 अंकों के धनात्मक पूर्णांकों में से, 2300 में लगभग (log(10¹⁰⁰⁰) ≈ 2302.6) अभाज्य है , जबकि अधिकतम 2000 अंकों के सकारात्मक पूर्णांकों में से, 4600 में लगभग log(10²⁰⁰⁰) ≈ 4605.2 अभाज्य है दूसरे शब्दों में, पहले के बीच क्रमागत अभाज्य संख्याओं के बीच का औसत अंतर N पूर्णांक सामान्यतः log(N) है .

कथन

प्राइम-काउंटिंग फलन का अनुपात दिखाने वाला ग्राफ़ π(x) इसके दो अनुमानों के लिए, x / log x और Li(x). जैसा x बढ़ता है (ध्यान दें x अक्ष लॉगरिदमिक है), दोनों अनुपात 1 की ओर जाते हैं। अनुपात के लिए x / log x ऊपर से बहुत धीरे-धीरे परिवर्तित होता है, जबकि अनुपात के लिए Li(x) नीचे से अधिक तेज़ी से एकाग्र होता है।

लॉग-लॉग प्लॉट की पूर्ण त्रुटि दिखा रहा है x / log x और Li(x), प्राइम-काउंटिंग फलन के दो सन्निकटन π(x). अनुपात के विपरीत, के बीच का अंतर π(x) और x / log x के रूप में बिना किसी सीमा के बढ़ता है x बढ़ती है। वहीं दूसरी ओर, Li(x) − π(x) स्विच अनंत बार हस्ताक्षर करते हैं।

माना π(x) प्राइम-काउंटिंग फलन बनें, जो प्राइम्स की संख्या से कम या उसके सामान्य x हो , किसी भी वास्तविक संख्या x के लिए. उदाहरण के लिए, π(10) = 4 क्योंकि चार अभाज्य संख्याएँ (2, 3, 5 और 7) 10 से कम या उसके सामान्य हैं। अभाज्य संख्या प्रमेय तब बताता है कि x / log x का अच्छा अनुमान π(x) है (जहाँ log का अर्थ है प्राकृतिक लघुगणक), इस अर्थ में कि दो कार्यों के भागफल के कार्य की सीमा π(x) और x / log x जैसा x बिना किसी सीमा के बढ़ता है :

$\lim _{x\to \infty }{\frac {\;\pi (x)\;}{\;\left[{\frac {x}{\log(x)}}\right]\;}}=1,$

अभाज्य संख्याओं के वितरण के उपगामी नियम के रूप में जाना जाता है। स्पर्शोन्मुख संकेतन का उपयोग करके इस परिणाम को इस रूप में पुनर्स्थापित किया जा सकता है

$\pi (x)\sim {\frac {x}{\log x}}.$

यह संकेतन (और प्रमेय) दो कार्यों के अंतर की सीमा के बारे में कुछ नहीं कहता है इस प्रकार x बिना सीमा के बढ़ता है। इसके अतिरिक्त, प्रमेय कहता है कि x / log x अनुमानित π(x) इस अर्थ में कि इस सन्निकटन की सापेक्ष त्रुटि 0 तक पहुँचती है x बिना सीमा के बढ़ता है।

अभाज्य संख्या प्रमेय इस कथन के समतुल्य है कि nवें अभाज्य संख्या p_n संतुष्ट

$p_{n}\sim n\log(n),$

स्पर्शोन्मुख संकेतन का अर्थ है, फिर से, कि इस सन्निकटन की सापेक्ष त्रुटि 0 के रूप में पहुंचती है n बिना सीमा के बढ़ता है। उदाहरण के लिए, द 2×10¹⁷वें अभाज्य संख्या है 8512677386048191063, और (2×10¹⁷) log (2×10¹⁷) तक चक्कर लगाता है 7967418752291744388, लगभग 6.4% की सापेक्ष त्रुटि है।

दूसरी ओर, निम्नलिखित स्पर्शोन्मुख संबंध तार्किक रूप से समतुल्य हैं:

${\begin{aligned}\lim _{x\rightarrow \infty }{\frac {\pi (x)\log x}{x}}&=1,\\\lim _{x\rightarrow \infty }{\frac {\pi (x)\log \pi (x)}{x}}&=1.\end{aligned}}$

जैसा कि रेखांकित किया गया प्रूफ स्केच, अभाज्य संख्या प्रमेय भी किसके समतुल्य है

$\lim _{x\to \infty }{\frac {\vartheta (x)}{x}}=\lim _{x\to \infty }{\frac {\psi (x)}{x}}=1,$

जहाँ ϑ और ψ क्रमशः चेबीशेव फलन हैं, और

$\lim _{x\to \infty }{\frac {M(x)}{x}}=0,$

जहाँ $M(x)=\sum _{n\leq x}\mu (n)$ मेर्टेंस कार्य करता है।

अभाज्य संख्याओं के स्पर्शोन्मुख नियम के प्रमाण का इतिहास

एंटोन फेलकेल और यूरी वेगा द्वारा तालिकाओं के आधार पर, एड्रियन मैरी लीजेंड्रे ने 1797 या 1798 में अनुमान लगाया कि π(a) फलन a / (A log a + B) द्वारा अनुमानित है , जहाँ A और B अनिर्दिष्ट स्थिरांक हैं। संख्या सिद्धांत (1808) पर अपनी पुस्तक के दूसरे संस्करण में उन्होंने फिर लीजेंड्रे स्थिरांक बनाया जाता है, जिसके साथ A = 1 और B = −1.08366. कार्ल फ्रेडरिक गॉस ने इसी प्रश्न पर 15 या 16 वर्ष की आयु में 1792 या 1793 में विचार किया था, 1849 में अपने स्वयं के स्मरण के अनुसार 1838 में पीटर गुस्ताव लेज्यून डिरिचलेट अपने स्वयं के सन्निकटन कार्य, लॉगरिदमिक इंटीग्रल के साथ आए li(x) (श्रृंखला के थोड़े अलग रूप के अनुसार, जिसे उन्होंने गॉस को बताया)। लीजेंड्रे और डिरिचलेट के दोनों सूत्र समान अनुमानित स्पर्शोन्मुख तुल्यता का संकेत देते हैं इस प्रकार π(x) और x / log(x) ऊपर कहा गया है, चूँकि यह पता चला है कि डिरिक्लेट का सन्निकटन अधिक उत्तम है यदि कोई भागफल के अतिरिक्त अंतरों पर विचार करता है।

1848 और 1850 के दो पत्रों में, रूसी गणितज्ञ पफनुटी चेबीशेव ने अभाज्य संख्याओं के वितरण के स्पर्शोन्मुख नियम को सिद्ध करने का प्रयास किया था। जीटा फलन के उपयोग के लिए उनका काम उल्लेखनीय है ζ(s), तर्क के वास्तविक मूल्यों s के लिए, जैसा कि 1737 की प्रारंभ में लियोनहार्ड यूलर के कार्यों में था। चेबीशेव के कागजात 1859 के रीमैन के प्रसिद्ध संस्मरण से पहले के थे, और वह स्पर्शोन्मुख नियम के थोड़े अशक्त रूप को सिद्ध करने में सफल रहे, अर्थात्, यदि सीमा के रूप में x की अनंतता में जाता है π(x) / (x / log(x)) बिल्कुल उपस्थित है, तो यह अनिवार्य रूप से के सामान्य है। वह बिना नियम यह सिद्ध करने में सक्षम था कि यह अनुपात 1 के निकट दो स्पष्ट रूप से दिए गए स्थिरांक से ऊपर और नीचे घिरा हुआ है, सभी के लिए पर्याप्त रूप x से बड़ा . चूँकि चेबीशेव का पेपर प्राइम नंबर प्रमेय को सिद्ध नहीं करता है, किन्तु उसका अनुमान है π(x) बर्ट्रेंड के अभिधारणा को सिद्ध करने के लिए पर्याप्त सशक्त थे कि उनके बीच अभाज्य संख्या n और 2n उपस्थित है किसी भी पूर्णांक के लिए n ≥ 2.है

अभाज्य संख्याओं के वितरण से संबंधित महत्वपूर्ण पेपर रीमैन का 1859 का संस्मरण किसी दिए गए परिमाण से कम प्राइम्स की संख्या पर था, एकमात्र पेपर जो उन्होंने इस विषय पर लिखा था। रीमैन ने इस विषय में नए विचार प्रस्तुत किए, मुख्य रूप से यह कि अभाज्य संख्याओं का वितरण जटिल चर के विश्लेषणात्मक रूप से विस्तारित रीमैन ज़ेटा फलन के शून्य के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ा हुआ है। विशेष रूप से, यह इस पत्र में है कि वास्तविक कार्य के अध्ययन के लिए जटिल विश्लेषण के विधियों को प्रयुक्त करने का विचार है π(x) उत्पत्ति रीमैन के विचारों का विस्तार करते हुए, अभाज्य संख्याओं के वितरण के स्पर्शोन्मुख नियम के दो प्रमाण स्वतंत्र रूप से जैक्स हैडमार्ड द्वारा पाए गए और चार्ल्स जीन डे ला वाली पुसिन और उसी वर्ष (1896) में दिखाई दिया था। दोनों प्रमाणों ने जटिल विश्लेषण से विधियों का उपयोग किया था, प्रमाण के मुख्य चरण के रूप में स्थापित किया कि रीमैन जीटा कार्य करता है ζ(s) चर के सभी जटिल मानों s के लिए शून्य नहीं है जिसका रूप s = 1 + it साथ t > 0 है.

20वीं शताब्दी के समय, हैडमार्ड और डे ला वाली पुसिन के प्रमेय को प्रधान संख्या प्रमेय के रूप में भी जाना जाने लगा था। इसके कई अलग-अलग प्रमाण पाए गए, जिनमें एटले सेलबर्ग के प्राथमिक प्रमाण भी सम्मिलित हैं और पॉल एर्डोस न्यूमैन का प्रमाण यकीनन प्रमेय का सबसे सरल ज्ञात प्रमाण है, चूँकि यह इस अर्थ में गैर-प्रारंभिक है कि यह कॉची के अभिन्न प्रमेय को जटिल विश्लेषण से उपयोग करता है।

प्रमाण स्केच

यहाँ टेरेंस ताओ के व्याख्यान में उल्लिखित प्रमाण का रेखाचित्र है। पीएनटी के अधिकांश प्रमाणों की तरह, यह समस्या को कम सहज, किन्तु उत्तम व्यवहार वाले, प्राइम-काउंटिंग फलन के रूप में सुधारने से प्रारंभ होता है। यह विचार है कि प्राइम्स (या संबंधित समुच्चय जैसे कि प्राइम पॉवर्स का समुच्चय) को वेट के साथ गिनना है जिससे फलन में स्मूद एसिम्प्टोटिक व्यवहार हो सके। इस तरह का सबसे सामान्य सामान्यीकृत गिनती फलन चेबीशेव फलन ψ(x), द्वारा परिभाषित है

$\psi (x)=\!\!\!\!\sum _{\stackrel {p^{k}\leq x,}{p{\text{ is prime}}}}\!\!\!\!\log p\;.$

इसे कभी-कभी लिखा जाता है

$\psi (x)=\sum _{n\leq x}\Lambda (n)\;,$

जहाँ Λ(n) मैंगोल्ड्ट फलन द्वारा है, अर्थात्

$\Lambda (n)={\begin{cases}\log p&{\text{ if }}n=p^{k}{\text{ for some prime }}p{\text{ and integer }}k\geq 1,\\0&{\text{otherwise.}}\end{cases}}$

अब यह जाँचना अपेक्षाकृत सरल हो गया है कि पीएनटी उस प्रमाण के समतुल्य है

$\lim _{x\to \infty }{\frac {\psi (x)}{x}}=1\;.$

यह सरल अनुमानों से चलता है

$\psi (x)=\sum _{\stackrel {p\leq x}{p{\text{ is prime}}}}\log p\left\lfloor {\frac {\log x}{\log p}}\right\rfloor \leq \sum _{\stackrel {p\leq x}{p{\text{ is prime}}}}\log x=\pi (x)\log x$

और (बिग ओ नोटेशन का उपयोग करके बड़ा O नोटेशन) किसी ε > 0 के लिए ,

$\psi (x)\geq \!\!\!\!\sum _{\stackrel {x^{1-\varepsilon }\leq p\leq x}{p{\text{ is prime}}}}\!\!\!\!\log p\geq \!\!\!\!\sum _{\stackrel {x^{1-\varepsilon }\leq p\leq x}{p{\text{ is prime}}}}\!\!\!\!(1-\varepsilon )\log x=(1-\varepsilon )\left(\pi (x)+O\left(x^{1-\varepsilon }\right)\right)\log x\;.$

इसके लिए ψ(x) उपयोगी प्रतिनिधित्व खोजना है . माना ζ(s) रिमेंन जीटा फलन हो। यह दिखाया जा सकता है ζ(s) वॉन मैंगोल्ड फलन Λ(n) से संबंधित है , और इसलिए ψ(x) करने के लिए ,

$-{\frac {\zeta '(s)}{\zeta (s)}}=\sum _{n=1}^{\infty }\Lambda (n)\,n^{-s}\;.$

मेलिन रूपांतरण और पेरोन के सूत्र का उपयोग करते हुए इस समीकरण और जेटा फलन के संबंधित गुणों का नाजुक विश्लेषण दिखाता है कि गैर-पूर्णांक के लिए x समीकरण

$\psi (x)=x\;-\;\log(2\pi )\;-\sum \limits _{\rho :\,\zeta (\rho )=0}{\frac {x^{\rho }}{\rho }}$

धारण करता है, जहां जीटा फलन के सभी शून्यों (तुच्छ और गैर-तुच्छ) पर योग होता है। यह हड़ताली सूत्र तथाकथित स्पष्ट सूत्रों (एल-फलन) में से है, और पहले से ही उस परिणाम का सूचक है जिसे हम सिद्ध करना चाहते हैं, क्योंकि शब्द x (के सही स्पर्शोन्मुख क्रम होने का प्रमाण किया ψ(x)) दाहिने हाथ की ओर प्रकट होता है, उसके बाद (संभवत:) निम्न-क्रम स्पर्शोन्मुख शब्द है।

प्रमाण के अगले चरण में जीटा फलन के शून्यों का अध्ययन सम्मिलित है। तुच्छ शून्य −2, −4, −6, −8, ... को अलग से संभाला जा सकता है:

$\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {1}{2n\,x^{2n}}}=-{\frac {1}{2}}\log \left(1-{\frac {1}{x^{2}}}\right),$

जो बड़े मापदंड x पर विलुप्त हो जाता है . गैर-तुच्छ शून्य, अर्थात् महत्वपूर्ण पट्टी पर 0 ≤ Re(s) ≤ 1, संभावित रूप से मुख्य शब्द x के तुलनीय स्पर्शोन्मुख क्रम का हो सकता है यदि Re(ρ) = 1, इसलिए हमें यह दिखाने की आवश्यकता है कि सभी शून्यों का वास्तविक भाग 1 से कम है।

गैर-लुप्त होने पर Re(s) = 1

ऐसा करने के लिए, हम इसे ζ(s) मान लेते हैं अर्ध-विमान में मेरोमॉर्फिक फलन Re(s) > 0 है , और वहाँ साधारण ध्रुव को छोड़कर वहाँ s = 1 विश्लेषणात्मक है , और यह कि उत्पाद सूत्र है

$\zeta (s)=\prod _{p}{\frac {1}{1-p^{-s}}}$

Re(s) > 1 के लिए . यह उत्पाद सूत्र पूर्णांकों के अद्वितीय अभाज्य गुणनखंडन के अस्तित्व से अनुसरण करता है, और यह ζ(s) दर्शाता है इस क्षेत्र में कभी भी शून्य नहीं होता है, इसलिए इसका लघुगणक वहां परिभाषित किया जाता है और

$\log \zeta (s)=-\sum _{p}\log \left(1-p^{-s}\right)=\sum _{p,n}{\frac {p^{-ns}}{n}}\;.$

लिखना s = x + iy ; तब

${\big |}\zeta (x+iy){\big |}=\exp \left(\sum _{n,p}{\frac {\cos ny\log p}{np^{nx}}}\right)\;.$

अब पहचान का निरीक्षण करें

$3+4\cos \phi +\cos 2\phi =2(1+\cos \phi )^{2}\geq 0\;,$

जिससे

$\left|\zeta (x)^{3}\zeta (x+iy)^{4}\zeta (x+2iy)\right|=\exp \left(\sum _{n,p}{\frac {3+4\cos(ny\log p)+\cos(2ny\log p)}{np^{nx}}}\right)\geq 1$

सभी के लिए x > 1. मान लीजिए कि अब ζ(1 + iy) = 0. निश्चित रूप से y शून्य नहीं है, क्योंकि ζ(s) पर साधारण पोल है s = 1. लगता है कि x > 1 और जाने x ऊपर से 1 की ओर रुख करें। तब से $\zeta (s)$ पर साधारण पोल है इस प्रकार s = 1 और ζ(x + 2iy) विश्लेषणात्मक रहता है, पिछली असमानता में बायां हाथ 0 की ओर जाता है।

अंत में, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि पीएनटी अनुमानिक रूप से सत्य है। प्रमाण को सख्ती से पूरा करने के लिए अभी भी गंभीर तकनीकीताओं को दूर करना है, इस तथ्य के कारण कि स्पष्ट सूत्र में जीटा शून्य से अधिक का योग ψ(x) पूरी तरह अभिसरण नहीं करता है किन्तु केवल सनियम और प्रमुख मूल्य अर्थ में इस समस्या से निपटने के कई विधि हैं किन्तु उनमें से कई के लिए नाजुक जटिल-विश्लेषणात्मक अनुमानों की आवश्यकता होती है। एडवर्ड्स की किताब विवरण प्रदान करता है। इकेहारा के ताउबेरियन प्रमेय का उपयोग करने के लिए और विधि है, चूँकि यह प्रमेय अपने आप में सिद्ध करने के लिए अधिक कठिन है। डीजे न्यूमैन ने देखा कि अभाज्य संख्या प्रमेय के लिए इकेहारा के प्रमेय की पूरी बल की आवश्यकता नहीं है, और कोई विशेष स्थिति से बच सकता है जिसे सिद्ध करना बहुत सरल है।

अभाज्य संख्या प्रमेय का न्यूमैन का प्रमाण

डी. जे. न्यूमैन अभाज्य संख्या प्रमेय (पीएनटी) का त्वरित प्रमाण देते हैं। जटिल विश्लेषण पर विश्वास करने के आधार पर प्रमाण गैर-प्राथमिक है, किन्तु विषय में पहले पाठ्यक्रम से केवल प्राथमिक तकनीकों का उपयोग करता है: कॉची का अभिन्न सूत्र, कॉची का अभिन्न प्रमेय और जटिल अभिन्न का अनुमान यहाँ इस प्रमाण का संक्षिप्त विवरण दिया गया है। देखना पूरी जानकारी के लिए।

फलन के अतिरिक्त प्रूफ़ पिछले सेक्शन की तरह ही प्रिलिमिनरीज़ ${\textstyle \psi }$ का उपयोग करता है , चेबिशेव फलन${\textstyle \quad \vartheta (x)=\sum _{p\leq x}\log p}$ प्रयोग किया जाता है, जो कि श्रृंखला से कुछ पदों को हटाकर प्राप्त किया जाता है ${\textstyle \psi }$. यह दिखाना सरल है कि पीएनटी इसके $\lim _{x\to \infty }\vartheta (x)/x=1$ सामान्य है . इसी तरह के अतिरिक्त $-{\frac {\zeta '(s)}{\zeta (s)}}$ फलन $\Phi (s)=\sum _{p\leq x}\log p\,\,p^{-s}$ का प्रयोग किया जाता है, जो कि श्रेणी में कुछ पदों को हटाकर प्राप्त किया जाता है $-{\frac {\zeta '(s)}{\zeta (s)}}$. फलन $\Phi (s)$ और $-\zeta '(s)/\zeta (s)$ फलन होलोमोर्फिक $\Re s=1$ द्वारा भिन्न होता है . चूंकि, जैसा कि पिछले अनुभाग में दिखाया गया था, $\zeta (s)$ रेखा $\Re s=1$ पर कोई शून्य नहीं है , $\Phi (s)-{\frac {1}{s-1}}$ पर कोई विलक्षणता $\Re s=1$ नहीं है .

न्यूमैन के प्रमाण में आवश्यक जानकारी का और टुकड़ा, और जो उसकी सरल विधि में अनुमानों की कुंजी है, वह है $\vartheta (x)/x$ घिरा है। यह चेबीशेव के कारण सरल और सरल विधि का उपयोग करके सिद्ध होता है।

भागों द्वारा एकीकरण दिखाता है कि कैसे $\vartheta (x)$ और $\Phi (s)$ आपस में संबंधित हैं। $\Re s>1$ के लिए ,

$\Phi (s)=\int _{1}^{\infty }x^{-s}d\vartheta (x)=s\int _{1}^{\infty }\vartheta (x)x^{-s-1}\,dx=s\int _{0}^{\infty }\vartheta (e^{t})e^{-st}\,dt.$

न्यूमैन की विधि अभिन्न दिखा कर पीएनटी को सिद्ध करती है

$I=\int _{0}^{\infty }\left({\frac {\vartheta (e^{t})}{e^{t}}}-1\right)\,dt.$

अभिसरण करता है, और इसलिए इंटीग्रैंड $t\to \infty$ शून्य हो जाता है , जो पीएनटी है। सामान्यतः, अनुचित इंटीग्रल के अभिसरण का कारण यह नहीं है कि इंटीग्रैंड अनंत पर शून्य हो जाता है, क्योंकि यह दोलन कर सकता है, किन्तु चूंकि $\vartheta$ बढ़ रहा है, इस स्थिति में दिखाना सरल है।

$I$ का अभिसरण दिखाने के लिए , $\Re z>0$ के लिए माना

$g_{T}(z)=\int _{0}^{T}f(t)e^{-zt}\,dt$ और $g(z)=\int _{0}^{\infty }f(t)e^{-zt}\,dt$ जहाँ $f(t)={\frac {\vartheta (e^{t})}{e^{t}}}-1$

तब

$\lim _{T\to \infty }g_{T}(z)=g(z)={\frac {\Phi (s)}{s}}-{\frac {1}{s-1}}\quad \quad {\text{where}}\quad z=s-1$

जो लाइन पर होलोमोर्फिक फलन $\Re z=0$ के सामान्य है .

अभिन्न का अभिसरण $I$, और इस प्रकार पीएनटी, यह दिखा $\lim _{T\to \infty }g_{T}(0)=g(0)$ कर सिद्ध होता है . इसमें सीमाओं के क्रम में परिवर्तन सम्मिलित है क्योंकि इसे लिखा जा सकता है ${\textstyle \lim _{T\to \infty }\lim _{z\to 0}g_{T}(z)=\lim _{z\to 0}\lim _{T\to \infty }g_{T}(z)}$ और इसलिए एबेलियन और टाउबेरियन प्रमेय|टाउबेरियन प्रमेय के रूप में वर्गीकृत किया गया है।

$g(0)-g_{T}(0)$ के अंतर कॉची के अभिन्न सूत्र का उपयोग करके व्यक्त किया जाता है और फिर $T$ के लिए छोटा दिखाया जाता है इंटीग्रैंड का अनुमान लगाकर बड़ा हल करना $R>0$ और $\delta >0$ ऐसा है कि $g(z)$ उस क्षेत्र में होलोमोर्फिक है जहां $|z|\leq R{\text{ and }}\Re z\geq -\delta$, और जाने $C$ इस क्षेत्र की सीमा हो। चूँकि 0 क्षेत्र के भीतरी भाग में है, कॉची का समाकल सूत्र देता है

$g(0)-g_{T}(0)={\frac {1}{2\pi i}}\int _{C}\left(g(z)-g_{T}(z)\right){\frac {dz}{z}}={\frac {1}{2\pi i}}\int _{C}\left(g(z)-g_{T}(z)\right)F(z){\frac {dz}{z}}$

जहाँ $F(z)=e^{zT}\left(1+{\frac {z^{2}}{R^{2}}}\right)$ न्यूमैन द्वारा प्रस्तुत किया गया कारक है, जो तब से अभिन्न को नहीं बदलता है $F$ संपूर्ण फलन है और $F(0)=1$.

अभिन्न का अनुमान लगाने के लिए, समोच्च को तोड़ें $C$ दो भागों में, $C=C_{+}+C_{-}$ जहाँ $C_{+}=C\cap \left\{z\,\vert \,\Re z>0\right\}$ और $C_{-}\cap \left\{\Re z\leq 0\right\}$. तब $g(0)-g_{T}(0)=\int _{C_{+}}\int _{T}^{\infty }H(t,z)dtdz-\int _{C_{-}}\int _{0}^{T}H(t,z)dtdz+\int _{C_{-}}g(z)F(z){\frac {dz}{2\pi iz}}$

जहाँ $H(t,z)=f(t)e^{-tz}F(z)/2\pi i$. तब से $\vartheta (x)/x$, और इसलिए $f(t)$, बँधा हुआ है, चलो $B$ के निरपेक्ष मान के लिए ऊपरी सीमा हो $f(t)$. यह अनुमान के साथ बंधा हुआ है $|F|\leq 2\exp(T\Re z)|\Re z|/R$ के लिए $|z|=R$ देता है कि निरपेक्ष मान में पहला समाकल है $\leq B/R$. इंटीग्रैंड ओवर $C_{-}$ दूसरे इंटीग्रल में संपूर्ण कार्य है, इसलिए कॉची के इंटीग्रल प्रमेय द्वारा, समोच्च $C_{-}$ त्रिज्या के अर्धवृत्त $R$ में संशोधित किया जा सकता है इंटीग्रल को बदले बिना बाएं आधे विमान में, और पहले इंटीग्रल के लिए वही तर्क दूसरे इंटीग्रल का निरपेक्ष मान देता है $\leq B/R$. अंत में, दे रहा हूँ $T\to \infty$ , तीसरा अभिन्न शून्य हो जाता है $e^{zT}$ और इसलिए $F$ समोच्च पर शून्य हो जाता है। दो अनुमानों और सीमा को मिलाकर प्राप्त करें

$\limsup _{T\to \infty }|g(0)-g_{T}(0)|\leq {\frac {2B}{R}}.$

यह किसी के लिए भी है $R$ इसलिए $\lim _{T\to \infty }g_{T}(0)=g(0)$, और पीएनटी इस प्रकार है।

लॉगरिदमिक इंटीग्रल के संदर्भ में प्राइम-काउंटिंग फलन

उनके 1838 के पेपर के पुनर्मुद्रण पर हस्तलिखित नोट में थ्योरी डेस नोम्ब्रे से इनफिनीज़ श्रृंखला का उपयोग करें, जिसे उन्होंने गॉस को मेल किया, डिरिचलेट ने अनुमान लगाया (अभिन्न रूप के अतिरिक्त श्रृंखला के लिए अपील करने वाले थोड़े अलग रूप के अनुसार) कि इससे भी उत्तम सन्निकटन π(x) लघुगणक समाकल फलन फलन Li(x), द्वारा परिभाषित दिया जाता है

$\operatorname {Li} (x)=\int _{2}^{x}{\frac {dt}{\log t}}=\operatorname {li} (x)-\operatorname {li} (2).$

वास्तव में, यह अभिन्न इस धारणा का दृढ़ता से सुझाव देता है कि प्राइम्स का घनत्व चारों ओर है t होना चाहिए 1 / log t. यह फलन स्पर्शोन्मुख विस्तार द्वारा लघुगणक से संबंधित है

$\operatorname {Li} (x)\sim {\frac {x}{\log x}}\sum _{k=0}^{\infty }{\frac {k!}{(\log x)^{k}}}={\frac {x}{\log x}}+{\frac {x}{(\log x)^{2}}}+{\frac {2x}{(\log x)^{3}}}+\cdots$

अतः अभाज्य संख्या प्रमेय को इस प्रकार भी लिखा जा सकता है π(x) ~ Li(x). दरअसल, दूसरे पेपर में 1899 में डे ला वल्ली पौसिन ने यह सिद्ध कर दिया था

$\pi (x)=\operatorname {Li} (x)+O\left(xe^{-a{\sqrt {\log x}}}\right)\quad {\text{as }}x\to \infty$

कुछ सकारात्मक स्थिरांक के लिए a, जहाँ O(...) बिग ओ नोटेशन है इसमें सुधार किया गया है

$\pi (x)=\operatorname {li} (x)+O\left(x\exp \left(-{\frac {A(\log x)^{\frac {3}{5}}}{(\log \log x)^{\frac {1}{5}}}}\right)\right)$ जहाँ $A=0.2098$.

2016 में, Trudgian के बीच के अंतर के लिए स्पष्ट ऊपरी सीमा सिद्ध हुई $\pi (x)$ और $\operatorname {li} (x)$:

${\big |}\pi (x)-\operatorname {li} (x){\big |}\leq 0.2795{\frac {x}{(\log x)^{3/4}}}\exp \left(-{\sqrt {\frac {\log x}{6.455}}}\right)$

$x\geq 229$ के लिए . रीमैन ज़ेटा फलन और के बीच संबंध π(x) यह कारण है कि रीमैन परिकल्पना का संख्या सिद्धांत में अधिक महत्व है: यदि स्थापित हो जाता है, तो यह आज की तुलना में अभाज्य संख्या प्रमेय में सम्मिलित त्रुटि का उत्तम अनुमान लगाएगा। अधिक विशेष रूप से, हेल्ज वॉन कोच ने 1901 में दिखाया यदि रीमैन परिकल्पना सत्य है, तो उपरोक्त संबंध में त्रुटि शब्द में सुधार किया जा सकता है

$\pi (x)=\operatorname {Li} (x)+O\left({\sqrt {x}}\log x\right)$

(यह अंतिम अनुमान वास्तव में रीमैन परिकल्पना के समतुल्य है)। बड़े में सम्मिलित निरंतर O 1976 में लोवेल स्कोनफेल्ड द्वारा अंकन का अनुमान लगाया गया था: रीमैन परिकल्पना मानते हुए,

${\big |}\pi (x)-\operatorname {li} (x){\big |}<{\frac {{\sqrt {x}}\log x}{8\pi }}$

सभी के लिए x ≥ 2657. उन्होंने चेबिशेव ψ फलन है | :

${\big |}\psi (x)-x{\big |}<{\frac {{\sqrt {x}}(\log x)^{2}}{8\pi }}$

सभी के लिए x ≥ 73.2. इस बाद की सीमा को शक्ति नियम (जब पूर्णांकों पर यादृच्छिक कार्य के रूप में माना जाता है) के लिए भिन्नता व्यक्त करने के लिए दिखाया गया है और 1/ f  गुलाबी ध्वनि और ट्वीडी वितरण के अनुरूप भी। (ट्वीडी डिस्ट्रीब्यूशन स्केल अपरिवर्तनीय डिस्ट्रीब्यूशन के परिवार का प्रतिनिधित्व करते हैं जो केंद्रीय सीमा प्रमेय के सामान्यीकरण के लिए अभिसरण के फोकस के रूप में कार्य करते हैं।)

लॉगरिदमिक इंटीग्रल फलन li(x) से बड़ा है π(x) के छोटे मूल्यों के लिए x. ऐसा इसलिए है क्योंकि यह (कुछ अर्थों में) अभाज्य नहीं, बल्कि प्रधान शक्तियाँ, जहाँ शक्ति है, की गिनती है 1/ n  रूप में गिना जाता है प्रधान का। इससे पता चलता है li(x) से बड़ा होना चाहिए π(x) द्वारा सामान्यतः $\ {\tfrac {1}{2}}\operatorname {li} ({\sqrt {x}})\ ,$ और विशेष रूप से सदैव इससे π(x) बड़ा होना चाहिए . चूँकि, 1914 में, जॉन एडेंसर लिटलवुड जे. ई। लिटलवुड ने सिद्ध कर दिया $\ \pi (x)-\operatorname {li} (x)\$ परिवर्तन संकेत असीम रूप से अधिकांशतः। x का पहला मान जहाँ π(x) से अधिक है li(x) संभवतः आसपास x ~ 10³¹⁶ है ; अधिक विवरण के लिए स्केव्स की संख्या पर लेख देखें। (दूसरी ओर, ऑफसमुच्चय लॉगरिदमिक इंटीग्रल Li(x) की तुलना में छोटा है π(x) पहले से ही के लिए x = 2; वास्तव में, Li(2) = 0, जबकि π(2) = 1.)

प्राथमिक प्रमाण

बीसवीं शताब्दी के पूर्वार्द्ध में, कुछ गणितज्ञों (विशेष रूप से जी.एच. हार्डी) का मानना ​​था कि गणित में प्रमाण विधियों का पदानुक्रम उपस्थित है जो इस बात पर निर्भर करता है कि किस प्रकार की संख्याएँ (पूर्णांक, वास्तविक संख्या, सम्मिश्र संख्या) प्रमाण के लिए आवश्यक हैं, और यह कि प्रधान संख्या प्रमेय (पीएनटी) जटिल विश्लेषण की आवश्यकता के आधार पर गहन प्रमेय है। वीनर के टैबेरियन प्रमेय पर आधारित पीएनटी के प्रमाण से यह विश्वास कुछ सीमा तक हिल गया था, चूँकि इसे अलग रखा जा सकता था यदि वीनर के प्रमेय को जटिल चर विधियों के सामान्य गहराई माना जाता था।

मार्च 1948 में, एटल सेलबर्ग ने प्रारंभिक विधियों से, स्पर्शोन्मुख सूत्र की स्थापना की

$\vartheta (x)\log(x)+\sum \limits _{p\leq x}{\log(p)}\ \vartheta \left({\frac {x}{p}}\right)=2x\log(x)+O(x)$

जहाँ

$\vartheta (x)=\sum \limits _{p\leq x}{\log(p)}$

प्राइम्स p के लिए . उसी वर्ष जुलाई तक, सेलबर्ग और पॉल एर्डोस दोनों ने प्रारंभिक बिंदु के रूप में सेलबर्ग के असिम्प्टोटिक सूत्र का उपयोग करते हुए, पीएनटी के प्रारंभिक प्रमाण प्राप्त किए थे। इन प्रमाणों ने प्रभावी रूप से इस धारणा को शांत करने के लिए रखा कि पीएनटी उस अर्थ में गहरा था, और यह दिखाया कि तकनीकी रूप से प्राथमिक विधि अधिक शक्तिशाली थे, जैसा कि स्थिति माना जाता था। पीएनटी के प्रारंभिक प्रमाणों के इतिहास पर, जिसमें एर्डोस-सेलबर्ग प्राथमिकता विवाद सम्मिलित है, डोरियन गोल्डफेल्ड द्वारा लेख देखें।

एर्डोस और सेल्बर्ग के नतीजे के महत्व के बारे में कुछ बहस है। संख्या सिद्धांत में प्राथमिक प्रमाण की धारणा की कोई कठोर और व्यापक रूप से स्वीकृत परिभाषा नहीं है, इसलिए यह स्पष्ट नहीं है कि उनका प्रमाण किस अर्थ में प्राथमिक है। चूँकि यह जटिल विश्लेषण का उपयोग नहीं करता है, यह वास्तव में पीएनटी के मानक प्रमाण से कहीं अधिक तकनीकी है। प्रारंभिक प्रमाण की संभावित परिभाषा वह है जिसे पहले क्रम के पियानो अंकगणित में किया जा सकता है। संख्या-सैद्धांतिक कथन हैं (उदाहरण के लिए, पेरिस-हैरिंगटन प्रमेय) द्वितीय क्रम अंकगणित का उपयोग करके सिद्ध किया जा सकता है, किन्तु प्रथम-क्रम अंकगणितीय नहीं प्रथम-क्रम विधियाँ, किन्तु ऐसे प्रमेय आज तक दुर्लभ हैं। एर्डोस और सेल्बर्ग के प्रमाण को निश्चित रूप से पीनो अंकगणित में औपचारिक रूप दिया जा सकता है, और 1994 में, चारलांबोस कॉर्नारोस और कोस्टास दिमित्राकोपोलोस ने सिद्ध किया कि उनके प्रमाण को पीए के बहुत ही अशक्त टुकड़े में औपचारिक रूप दिया जा सकता है, अर्थात् IΔ₀ + exp. चूँकि, यह इस सवाल का समाधान नहीं करता है कि पीए में पीएनटी के मानक प्रमाण को औपचारिक रूप दिया जा सकता है या नहीं दिया जा सकता है।

कंप्यूटर सत्यापन

2005 में, एवीगाड एट अल। पीएनटी के एर्दोस-सेलबर्ग प्रूफ के कंप्यूटर-सत्यापित संस्करण को तैयार करने के लिए मैं इसाबेल के प्रमेय को सिद्ध करूंगा को नियोजित किया था। यह पीएनटी का पहला मशीन-सत्यापित प्रमाण था। एविगाड ने विश्लेषणात्मक के अतिरिक्त एर्दोस-सेलबर्ग प्रमाण को औपचारिक रूप देना चुना क्योंकि उस समय इसाबेल की लाइब्रेरी सीमा, व्युत्पन्न और पारलौकिक कार्य की धारणाओं को प्रयुक्त कर सकती थी, इसके बारे में बात करने के लिए एकीकरण का कोई सिद्धांत नहीं था।

2009 में, जॉन हैरिसन (गणितज्ञ) ने एचओएल लाइट को जटिल विश्लेषण का उपयोग करते हुए प्रमाण को औपचारिक रूप देने के लिए नियोजित किया था। कॉची अभिन्न सूत्र समेत आवश्यक विश्लेषणात्मक मशीनरी विकसित करके, हैरिसन अधिक सम्मिलित 'प्राथमिक' एर्दोस-सेलबर्ग के अतिरिक्त प्रत्यक्ष, आधुनिक और सुरुचिपूर्ण प्रमाण को औपचारिक रूप देने में सक्षम था।

अंकगणितीय प्रगति के लिए अभाज्य संख्या प्रमेय

माना π_d,a(x) अंकगणितीय प्रगति में प्राइम्स की संख्या a, a + d, a + 2d, a + 3d, ... को निरूपित करें जो इससे x कम हैं . डिरिचलेट और लिजेंड्रे ने अनुमान लगाया, और डे ला वल्ली पुसिन ने सिद्ध किया कि यदि a और d सहप्राइम हैं, तो

$\pi _{d,a}(x)\sim {\frac {\operatorname {Li} (x)}{\varphi (d)}}\ ,$

जहाँ φ यूलर का कुल कार्य है। दूसरे शब्दों में, अभाज्य संख्याएँ अवशेष वर्गों के बीच समान रूप से वितरित की जाती हैं इस प्रकार [a] मॉड्यूलर अंकगणित d साथ gcd(a, d) = 1. यह अंकगणितीय प्रगति पर डिरिचलेट के प्रमेय से अधिक सशक्त है (जो केवल यह बताता है कि प्रत्येक वर्ग में अभाज्य संख्याओं की अनंतता है) और न्यूमैन द्वारा उनके अभाज्य संख्या प्रमेय के प्रमाण के लिए उपयोग की जाने वाली समान विधियों का उपयोग करके सिद्ध किया जा सकता है।

सीगल-वाल्फ़िज़ प्रमेय अवशेष वर्गों में प्राइम्स के वितरण के लिए अच्छा अनुमान देता है।

बेनेट एट अल निम्नलिखित अनुमान A और B (प्रमेय 1.3) को सिद्ध किया जिसमें स्पष्ट स्थिरांक हैं:

माना d $\geq 3$ पूर्णांक बनें और दें a पूर्णांक बनें जो कोप्राइम d है . फिर सकारात्मक स्थिरांक A और B हैं ऐसा है कि

$\left|\pi _{d,a}(x)-{\frac {\ \operatorname {Li} (x)\ }{\ \varphi (d)\ }}\right|<{\frac {A\ x}{\ (\log x)^{2}\ }}\quad {\text{ for all }}\quad x\geq B\ ,$

जहाँ

$A={\frac {1}{\ 840\ }}\quad {\text{ if }}\quad 3\leq d\leq 10^{4}\quad {\text{ and }}\quad A={\frac {1}{\ 160\ }}\quad {\text{ if }}\quad d>10^{4}~,$ और

$B=8\cdot 10^{9}\quad {\text{ if }}\quad 3\leq d\leq 10^{5}\quad {\text{ and }}\quad B=\exp(\ 0.03\ {\sqrt {d\ }}\ (\log {d})^{3}\ )\quad {\text{ if }}\quad d>10^{5}\ .$

अभाज्य संख्या जाति

फलन का प्लॉट $\ \pi (x;4,3)-\pi (x;4,1)\$ n ≤ 30000 के लिए

चूँकि हमारे पास विशेष रूप से है

$\pi _{4,1}(x)\sim \pi _{4,3}(x)\ ,$

अनुभवजन्य रूप से 3 के सर्वांगसम अभाज्य संख्याएँ अधिक हैं और इस अभाज्य संख्या की दौड़ में लगभग सदैव आगे रहती हैं; पहला उत्क्रमण पर होता है x = 26861. चूँकि लिटिलवुड ने 1914 में दिखाया कि फलन के लिए अपरिमित रूप से अनेक चिह्न परिवर्तन हैं

$\pi _{4,1}(x)-\pi _{4,3}(x)~,$

इसलिए दौड़ में आगे और पीछे असीम रूप से कई बार बदल जाता है। वह घटना जो π_4,3(x) अधिकांश समय आगे रहने को चेबिशेव का पूर्वाग्रह कहा जाता है। अभाज्य संख्या जाति अन्य मापदण्डों के लिए सामान्यीकृत होती है और यह बहुत अधिक शोध का विषय है; पाल तुरान ने पूछा कि क्या सदैव ऐसा ही होता है π(x;a,c) और π(x;b,c) स्थान बदलें जब a और b कोप्राइम c हैं . एंड्रयू ग्रानविले और मार्टिन संपूर्ण विवरण और सर्वेक्षण देते हैं।

प्राइम-काउंटिंग फलन पर गैर-असिम्प्टोटिक सीमाएँ

अभाज्य संख्या प्रमेय उपगामी परिणाम है। यह संख्या सिद्धांत पर आधारित प्रभावी π(x) परिणाम देता है सीमा की परिभाषा के प्रत्यक्ष परिणाम के रूप में: सभी के लिए ε > 0, वहाँ है S ऐसा कि सभी x > S के लिए ,

$(1-\varepsilon ){\frac {x}{\log x}}\;<\;\pi (x)\;<\;(1+\varepsilon ){\frac {x}{\log x}}\;.$

चूँकि, उत्तम सीमा है π(x) जाना जाता है, उदाहरण के लिए पियरे डुसार्ट का

${\frac {x}{\log x}}\left(1+{\frac {1}{\log x}}\right)\;<\;\pi (x)\;<\;{\frac {x}{\log x}}\left(1+{\frac {1}{\log x}}+{\frac {2.51}{(\log x)^{2}}}\right)\;.$

पहली असमानता सभी के लिए है x ≥ 599 और दूसरा के लिए x ≥ 355991. अशक्त किन्तु कभी-कभी उपयोगी बाउंड x ≥ 55 है

${\frac {x}{\log x+2}}\;<\;\pi (x)\;<\;{\frac {x}{\log x-4}}\;.$

पियरे दुसर्ट की थीसिस में इस प्रकार की असमानता के सशक्त संस्करण हैं जो बड़े के लिए मान्य हैं x. बाद में 2010 में, दुसार्ट ने सिद्ध किया:

${\begin{aligned}{\frac {x}{\log x-1}}\;&<\;\pi (x)&&{\text{ for }}x\geq 5393\;,{\text{ and }}\\\pi (x)\;&<\;{\frac {x}{\log x-1.1}}&&{\text{ for }}x\geq 60184\;.\end{aligned}}$

डे ला वल्ली पुसिन के प्रमाण का तात्पर्य निम्नलिखित है: प्रत्येक के लिए ε > 0, वहाँ S है ऐसा कि सभी x > S के लिए ,

${\frac {x}{\log x-(1-\varepsilon )}}\;<\;\pi (x)\;<\;{\frac {x}{\log x-(1+\varepsilon )}}\;.$

nवें अभाज्य संख्या के लिए अनुमान

अभाज्य संख्या प्रमेय के परिणाम के रूप में, के लिए स्पर्शोन्मुख अभिव्यक्ति प्राप्त होती है nवें अभाज्य संख्या, p_n द्वारा निरूपित है :

$p_{n}\sim n\log n.$

एक उत्तम सन्निकटन है

${\frac {p_{n}}{n}}=\log n+\log \log n-1+{\frac {\log \log n-2}{\log n}}-{\frac {(\log \log n)^{2}-6\log \log n+11}{2(\log n)^{2}}}+o\left({\frac {1}{(\log n)^{2}}}\right).$

फिर 2×10¹⁷वें अभाज्य संख्या 8512677386048191063, यह अनुमान देता है 8512681315554715386; पहले 5 अंक मेल खाते हैं और सापेक्ष त्रुटि लगभग 0.00005% है।

रोसेर की प्रमेय कहती है कि

$p_{n}>n\log n.$

इसे निम्नलिखित बाउंड युग्म द्वारा सुधारा जा सकता है:

$\log n+\log \log n-1<{\frac {p_{n}}{n}}<\log n+\log \log n\quad {\text{for }}n\geq 6.$

π(x), x / log x, और li(x) की तालिका

तालिका के स्पष्ट मानों की तुलना करती है π(x) दो अनुमानों के लिए x / log x और li(x). अंतिम स्तंभ, x / π(x), नीचे औसत प्रमुख अंतर x है.

x	π(x)	π(x) − x/log x	π(x)/x / log x	li(x) − π(x)	x/π(x)
10	4	−0.3	0.921	2.2	2.500
102	25	3.3	1.151	5.1	4.000
103	168	23.0	1.161	10.0	5.952
104	1229	143.0	1.132	17.0	8.137
105	9592	906.0	1.104	38.0	10.425
106	78498	6116.0	1.084	130.0	12.740
107	664579	44158.0	1.071	339.0	15.047
108	5761455	332774.0	1.061	754.0	17.357
109	50847534	2592592.0	1.054	1701.0	19.667
1010	455052511	20758029.0	1.048	3104.0	21.975
1011	4118054813	169923159.0	1.043	11588.0	24.283
1012	37607912018	1416705193.0	1.039	38263.0	26.590
1013	346065536839	11992858452.0	1.034	108971.0	28.896
1014	3204941750802	102838308636.0	1.033	314890.0	31.202
1015	29844570422669	891604962452.0	1.031	1052619.0	33.507
1016	279238341033925	7804289844393.0	1.029	3214632.0	35.812
1017	2623557157654233	68883734693281.0	1.027	7956589.0	38.116
1018	24739954287740860	612483070893536.0	1.025	21949555.0	40.420
1019	234057667276344607	5481624169369960.0	1.024	99877775.0	42.725
1020	2220819602560918840	49347193044659701.0	1.023	222744644.0	45.028
1021	21127269486018731928	446579871578168707.0	1.022	597394254.0	47.332
1022	201467286689315906290	4060704006019620994.0	1.021	1932355208.0	49.636
1023	1925320391606803968923	37083513766578631309.0	1.020	7250186216.0	51.939
1024	18435599767349200867866	339996354713708049069.0	1.019	17146907278.0	54.243
1025	176846309399143769411680	3128516637843038351228.0	1.018	55160980939.0	56.546
OEIS	A006880	A057835		A057752

π(10²⁴) के लिए मूल्य मूल रूप से रीमैन परिकल्पना मानते हुए गणना की गई थी; तब से इसे बिना नियम सत्यापित किया गया है।

एक परिमित क्षेत्र पर अलघुकरणीय बहुपद के लिए अनुरूप

अभाज्य संख्या प्रमेय का एनालॉग है जो परिमित क्षेत्र पर अलघुकरणीय बहुपदों के वितरण का वर्णन करता है; यह जो रूप लेता है वह मौलिक अभाज्य संख्या प्रमेय के स्थिति के समान ही है।

इसे ठीक-ठीक बताने के लिए, आइए F = GF(q) के साथ परिमित क्षेत्र हो q तत्व, कुछ निश्चित के लिए q, और जाने N_n मोनिक बहुपद अलघुकरणीय बहुपदों की संख्या अधिक हो F जिसकी बहुपद की डिग्री के सामान्य है n. यही है, हम बहुपदों को गुणांक के साथ देख रहे हैं जिनमें F से चुना गया है , जिसे छोटी कोटि के बहुपदों के गुणनफल के रूप में नहीं लिखा जा सकता। इस समुच्चयिंग में, ये बहुपद प्रमुख संख्याओं की भूमिका निभाते हैं, क्योंकि अन्य सभी मोनिक बहुपद उनके उत्पादों से बने होते हैं। तभी कोई यह सिद्ध कर सकता है

$N_{n}\sim {\frac {q^{n}}{n}}.$

यदि हम प्रतिस्थापन करते हैं x = qⁿ, तो दाहिना हाथ न्यायपूर्ण है

${\frac {x}{\log _{q}x}},$

जो समानता को स्पष्ट करता है। चूंकि ठीक हैं qⁿ डिग्री के मोनिक बहुपद n (कम करने योग्य वाले सहित), इसे निम्नानुसार दोहराया जा सकता है: यदि डिग्री का मोनिक बहुपद n अनैतिक विधि से चुना जाता है, तो इसके अलघुकरणीय 1/n होने की प्रायिकता लगभग होती है.

कोई भी रीमैन परिकल्पना का एनालॉग भी सिद्ध कर सकता है, जिसका नाम है

$N_{n}={\frac {q^{n}}{n}}+O\left({\frac {q^{\frac {n}{2}}}{n}}\right).$

मौलिक स्थिति की तुलना में इन कथनों के प्रमाण कहीं अधिक सरल हैं। इसमें छोटा, साहचर्य तर्क सम्मिलित है, संक्षेप में इस प्रकार है: डिग्री के प्रत्येक तत्व n का विस्तार F कुछ अलघुकरणीय बहुपद की जड़ है जिसकी घात d विभाजित n है ; इन जड़ों को दो अलग-अलग विधियों से गिनने से यह स्थापित होता है

$q^{n}=\sum _{d\mid n}dN_{d},$

जहां योग सभी विभाजक d का n पर है. मोबियस उलटा तो उपज देता है

$N_{n}={\frac {1}{n}}\sum _{d\mid n}\mu \left({\frac {n}{d}}\right)q^{d},$

जहाँ μ(k) मोबियस फलन है। (यह सूत्र गॉस को ज्ञात था।) मुख्य शब्द d = n के लिए होता है , और शेष नियमों को बाध्य करना कठिन नहीं है। रीमैन परिकल्पना कथन इस तथ्य पर निर्भर करता है कि सबसे बड़ा उचित विभाजक n से बड़ा n/2 नहीं हो सकता है.

यह भी देखें

• सार विश्लेषणात्मक संख्या सिद्धांत प्रमेय के सामान्यीकरण के बारे में जानकारी के लिए।
• बीजगणितीय संख्या क्षेत्रों में प्रमुख आदर्शों के सामान्यीकरण के लिए लन्दौ प्रधान आदर्श प्रमेय।
• रीमैन परिकल्पना

संदर्भ

• Granville, Andrew (1995). "Harald Cramér and the distribution of prime numbers" (PDF). Scandinavian Actuarial Journal. 1: 12–28. CiteSeerX 10.1.1.129.6847. doi:10.1080/03461238.1995.10413946.
• Hardy, G.H.; Littlewood, J.E. (1916). "Contributions to the theory of the Riemann zeta-function and the theory of the distribution of primes". Acta Mathematica. 41: 119–196. doi:10.1007/BF02422942. S2CID 53405990.
• Hardy, G. H.; Wright, E. M. (2008) [1st ed. 1938], An Introduction to the Theory of Numbers, Revised by D. R. Heath-Brown and J. H. Silverman, with a foreword by Andrew Wiles (6th ed.), Oxford: Oxford University Press, ISBN 978-0-19-921985-8
• Narkiewicz, Władysław (2000), The Development of Prime Number Theory: From Euclid to Hardy and Littlewood, Springer Monographs in Mathematics, Springer-Verlag, doi:10.1007/978-3-662-13157-2, ISBN 978-3-540-66289-1, ISSN 1439-7382

बाहरी संबंध

• "Distribution of prime numbers", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press, 2001 [1994]
• Table of Primes by Anton Felkel.
• Short video visualizing the Prime Number Theorem.
• Prime formulas and Prime number theorem at MathWorld.
• How Many Primes Are There? Archived 2012-10-15 at the Wayback Machine and The Gaps between Primes by Chris Caldwell, University of Tennessee at Martin.
• Tables of prime-counting functions by Tomás Oliveira e Silva
• Eberl, Manuel and Paulson, L. C. The Prime Number Theorem (Formal proof development in Isabelle/HOL, Archive of Formal Proofs)
• The Prime Number Theorem: the "elementary" proof − An exposition of the elementary proof of the Prime Number Theorem of Atle Selberg and Paul Erdős at www.dimostriamogoldbach.it/en/