अभाज्य-गणना फलन
गणित में, अभाज्य-गणना फलन वह फलन (गणित) है जो किसी वास्तविक संख्या x से कम या उसके समान अभाज्य संख्याओं की संख्या की गणना करता है।[1][2] इसे π(x) (संख्या π से असंबंधित ) द्वारा दर्शाया जाता है.
विकास दर
संख्या सिद्धांत में बहुत रुचि प्रधान-गणना फलन का स्पर्शोन्मुख विश्लेषण है।[3][4] और 18वीं शताब्दी के अंत में कार्ल फ्रेडरिक गॉस और एड्रियन मैरी लीजेंड्रे द्वारा अनुमान लगाया गया था कि यह लगभग होना चाहिए।
अधिक स्पष्ट अनुमान
1899 में,चार्ल्स जीन डे ला वेली पॉसिन ने यह सिद्ध किया
का अधिक स्पष्ट अनुमान अब जाने जाते हैं। उदाहरण के लिए, 2002 में, केविन फोर्ड (गणितज्ञ) ने यह सिद्ध कर दिया[7]
के मूल्यों के लिए जो अनुचित रूप से बड़े नहीं हैं, , से उच्च है हालाँकि . , अनगिनत बार राशि परिवर्तन के लिए जाना जाता है। इसकी चर्चा के लिए स्केव्स का नंबर देखें।
स्पष्ट रूप
के लिए दें जब एक अभाज्य संख्या हो, और अन्यथा हो। बर्नहार्ड रीमैन ने अपने काम ऑन द नंबर ऑफ़ प्राइम्स लेस दैन अ गिवेन मैग्निट्यूड में सिद्ध किया कि समान है[9]
π(x), x / log x, और li(x) की तालिका
तालिका दिखाती है कि कैसे तीन फलन π (x), x / लॉग x और li(x) की तुलना 10 की घातों पर की जाती है।और यह भी देखें,[3][11] [12]
x π(x) π(x) − x / log x li(x) − π(x) x / π(x) x / log x % Error 10 4 0 2 2.500 -8.57% 102 25 3 5 4.000 13.14% 103 168 23 10 5.952 13.83% 104 1,229 143 17 8.137 11.66% 105 9,592 906 38 10.425 9.45% 106 78,498 6,116 130 12.739 7.79% 107 664,579 44,158 339 15.047 6.64% 108 5,761,455 332,774 754 17.357 5.78% 109 50,847,534 2,592,592 1,701 19.667 5.10% 1010 455,052,511 20,758,029 3,104 21.975 4.56% 1011 4,118,054,813 169,923,159 11,588 24.283 4.13% 1012 37,607,912,018 1,416,705,193 38,263 26.590 3.77% 1013 346,065,536,839 11,992,858,452 108,971 28.896 3.47% 1014 3,204,941,750,802 102,838,308,636 314,890 31.202 3.21% 1015 29,844,570,422,669 891,604,962,452 1,052,619 33.507 2.99% 1016 279,238,341,033,925 7,804,289,844,393 3,214,632 35.812 2.79% 1017 2,623,557,157,654,233 68,883,734,693,928 7,956,589 38.116 2.63% 1018 24,739,954,287,740,860 612,483,070,893,536 21,949,555 40.420 2.48% 1019 234,057,667,276,344,607 5,481,624,169,369,961 99,877,775 42.725 2.34% 1020 2,220,819,602,560,918,840 49,347,193,044,659,702 222,744,644 45.028 2.22% 1021 21,127,269,486,018,731,928 446,579,871,578,168,707 597,394,254 47.332 2.11% 1022 201,467,286,689,315,906,290 4,060,704,006,019,620,994 1,932,355,208 49.636 2.02% 1023 1,925,320,391,606,803,968,923 37,083,513,766,578,631,309 7,250,186,216 51.939 1.93% 1024 18,435,599,767,349,200,867,866 339,996,354,713,708,049,069 17,146,907,278 54.243 1.84% 1025 176,846,309,399,143,769,411,680 3,128,516,637,843,038,351,228 55,160,980,939 56.546 1.77% 1026 1,699,246,750,872,437,141,327,603 28,883,358,936,853,188,823,261 155,891,678,121 58.850 1.70% 1027 16,352,460,426,841,680,446,427,399 267,479,615,610,131,274,163,365 508,666,658,006 61.153 1.64% 1028 157,589,269,275,973,410,412,739,598 2,484,097,167,669,186,251,622,127 1,427,745,660,374 63.456 1.58% 1029 1,520,698,109,714,272,166,094,258,063 23,130,930,737,541,725,917,951,446 4,551,193,622,464 65.759 1.52%
पूर्णांक अनुक्रमों के ऑन-लाइन विश्वकोश में, π(x) स्तंभ अनुक्रम है OEIS: A006880, π(x) − x/log x अनुक्रम है OEIS: A057835, और li(x) − π(x) अनुक्रम है OEIS: A057752.
π(1024) के मान की गणना मूल रूप से जे. बुएथे, जेन्स फ्रांके जे द्वारा गणना की गई थी। फ्रांके, ए. जोस्ट, और टी. क्लेनजंग रीमैन परिकल्पना को मानते हुए की थी।[13]
इसे पश्चात में डीजे प्लैट द्वारा गणना में बिना नियम सत्यापित किया गया था।[14]
इस प्रकार से π(1025) के मान की गणना जे. बुएथे, जेन्स फ्रांके|जे. फ्रांके, ए. जोस्ट, और टी. क्लेनजंग के कारण है।[15] π(1026) के मान की गणना गणना डी. बी. स्टेपल द्वारा की गई थी।[16] इस तालिका में अन्य सभी पूर्व प्रविष्टियों को भी उस कार्य के भाग के रूप में सत्यापित किया गया था।
1027 का मान की घोषणा 2015 में डेविड बॉघ और किम वालिस्क द्वारा की गई थी।[17]
1028 का मान की घोषणा 2020 में डेविड बॉ और किम वालिस्क ने की थी।[18]
1029 का मान की घोषणा 2022 में डेविड बॉ और किम वालिस्क ने की थी।[19]
π(x) के मूल्यांकन के लिए एल्गोरिदम
यदि बहुत बड़ा नहीं है तो को खोजने का एक आसान विधि यह है कि , एराटोस्थनीज की सीव का उपयोग करके से कम या उसके समान अभाज्य संख्याएँ प्राप्त करें और फिर उन्हें गिनने के लिए।
को खोजने का एक अधिक विस्तृत विधि एड्रियन-मैरी लीजेंड्रे (समावेशन-बहिष्करण सिद्धांत का उपयोग करके) के कारण है: दिया गया , यदि अलग-अलग अभाज्य संख्याएँ हैं, तो से कम या उसके बराबर पूर्णांकों की संख्या जो किसी भी से विभाज्य नहीं हैं
(जहाँ फ़्लोर फलन को दर्शाता है)। यह संख्या इसलिए के समान है
जब संख्याएँ के वर्गमूल से कम या उसके समान अभाज्य संख्याएँ हैं .
मीसेल-लेहमर एल्गोरिदम
इस प्रकार से 1870 और 1885 के मध्य प्रकाशित लेखों की श्रृंखला में, अर्न्स्ट मीसेल ने मूल्यांकन का व्यावहारिक दहनशील विधि वर्णित (और उपयोग किया) .मान लीजिए कि प्रथम अभाज्य है और द्वारा उन प्राकृतिक संख्याओं को निरूपित करता है जो M से अधिक नहीं हैं जो किसी भी के लिए में से किसी से भी विभाज्य नहीं हैं।
प्राकृतिक संख्या दी गई है , यदि और यदि , तब
इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, मीसेल ने के लिए , की गणना 5×105, 106, 107, और 108 के समान की
1959 में, डेरिक हेनरी लेहमर ने मीसेल की विधि का विस्तार और सरलीकरण किया। वास्तविक के लिए परिभाषित करें और प्राकृतिक संख्या के लिए और , क्योंकि संख्याओं की संख्या m से अधिक नहीं है, ठीक k अभाज्य कारकों के साथ, सभी से अधिक . इसके अतिरिक्त , समुच्चय करें . तब
जहां योग वास्तव में केवल बहुत से अशून्य शब्द हैं। होने देना पूर्णांक को निरूपित करें जैसे कि , और समुच्चय करें . तब और कब . इसलिए,
की गणना इस प्रकार प्राप्त किया जा सकता है:
जहां योग अभाज्य संख्याओं से अधिक है।
दूसरी ओर, की गणना निम्नलिखित नियमों का उपयोग करके किया जा सकता है:
अपनी पद्धति और आईबीएम 701 का उपयोग करते हुए, लेहमर के सही मान की गणना करने में सक्षम था और का सही मान चूक गए द्वारा 1.[20]
इस पद्धति में और सुधार लैगरियास, मिलर, ओडलीज़को, डेलिग्लिस और रिवाट द्वारा किए गए थे।[21]
प्राइम-गिनती कार्यों के लिए सूत्र
प्राइम-गिनती कार्यों के सूत्र दो प्रकार में आते हैं: अंकगणितीय सूत्र और विश्लेषणात्मक सूत्र। अभाज्य संख्या प्रमेय को सिद्ध करने के लिए सबसे पहले अभाज्य-गणना के लिए विश्लेषणात्मक सूत्र का उपयोग किया गया था। वे रीमैन और हंस कार्ल फ्रेडरिक वॉन मैंगोल्ड्ट के काम से उपजे हैं, और आम तौर पर स्पष्ट सूत्र (एल-फलन) के रूप में जाने जाते हैं।[22]
हमारे पास ψ के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति है:
जहाँ
जहाँ ρ क्रिटिकल स्ट्रिप में Riemann zeta फलन के शून्य हैं, जहाँ ρ का वास्तविक भाग शून्य और के मध्य है। सूत्र से अधिक x के मानों के लिए मान्य है, जो रुचि का क्षेत्र है। मूल पर योग सनियम अभिसरण है, और काल्पनिक भाग के पूर्ण मूल्य में वृद्धि के क्रम में लिया जाना चाहिए। ध्यान दें कि नगण्य मूल पर समान योग सूत्र में अंतिम वापस लेना देता है।
के लिए हमारे पास अधिक सम्मिश्र सूत्र है
फिर से, सूत्र x > 1 के लिए मान्य है, जबकि ρ उनके निरपेक्ष मान के अनुसार क्रमित जीटा फलन के गैर-नगण्य शून्य हैं। अभिन्न नगण्य शून्य पर श्रृंखला के समान है:
पहला शब्द ली (x) सामान्य लॉगरिदमिक इंटीग्रल फलन है; अभिव्यक्ति ली (xρ) को दूसरे टर्म में Ei(ρ लॉग x) के रूप में माना जाना चाहिए, जहां Ei पॉजिटिव रियल के साथ ब्रांच कट के साथ नेगेटिव रियल से कॉम्प्लेक्स प्लेन तक xपोनेंशियल इंटीग्रल फलन का विश्लेषणात्मक निरंतरता है।
इस प्रकार, मोबियस उलटा सूत्र हमें देता है[10]
x> 1 के लिए मान्य है, जहाँ
रीमैन का आर-फलन है[23] और μ(n) मोबियस फलन है। इसके लिए हँसी श्रृंखला को जोर्जेन पेडरसन ग्राम श्रृंखला के रूप में जाना जाता है।[24][25] जब यह अनुमान लगाया जाता है कि रीमैन ज़ेटा फलन के सभी शून्य सरल हैं,[note 1] वह
जहाँ रीमैन ज़ेटा फलन के गैर-नगण्य शून्यों पर चलता है और .
के लिए सूत्र में गैर-नगण्य जीटा शून्य पर योग के उतार-चढ़ाव का वर्णन करता है जबकि शेष नियम ें प्राइम-काउंटिंग फलन का सहज भाग देती हैं,[26] तो कोई उपयोग कर सकता है
अच्छे अनुमानक के रूप में x > 1 के लिए। वास्तव में, चूंकि दूसरा पद 0 की ओर अग्रसर होता है , जबकि रव वाले हिस्से का आयाम अनुमान के अनुसार है आकलन द्वारा अकेला ही उतना ही अच्छा है, और प्राइम्स के वितरण के उतार-चढ़ाव को फलन के साथ स्पष्ट रूप से दर्शाया जा सकता है
असमानताएं
जहाँ कुछ उपयोगी असमानताएँ हैं π(x)।
x ≥ 17 के लिए।
बाईं असमानता x ≥ 17 के लिए मान्य है और दाईं असमानता x > 1 के लिए मान्य है। स्थिरांक 1.25506 है 5 दशमलव स्थानों तक, जैसे x = 113 पर इसका अधिकतम मान है।[27]
2010 में पियरे डसार्ड ने सिद्ध किया:
- के लिए , और
- के लिए .[28]
जहाँ nवें अभाज्य, p के लिए कुछ असमानताएँ हैंn. ऊपरी सीमा रोसेर (1941) के कारण है,[29] द लोअर टू डसार्ट (1999):[30]
एन ≥ 6 के लिए।
n ≥ 2 के लिए बाएँ असमिका लागू होती है और n ≥ 6 के लिए दाएँ असमिका लागू होती है।
nवें अभाज्य संख्या के लिए सन्निकटन है
श्रीनिवास रामानुजन[31] असमानता को सिद्ध किया
के सभी पर्याप्त बड़े मूल्यों के लिए धारण करता है .
में [28] दुसार्ट ने सिद्ध किया (प्रस्ताव 6.6) कि, के लिए ,
- और (प्रस्ताव 6.7) कि, के लिए ,
अभी हाल ही में, दुसार्ट[32]
सिद्ध किया है (प्रमेय 5.1) कि, के लिए ,
- ,
और वह, के लिए ,
रीमैन परिकल्पना
रीमैन परिकल्पना का तात्पर्य अनुमान में त्रुटि पर बहुत सख्त बाध्यता से है , और इसलिए अभाज्य संख्याओं के अधिक नियमित वितरण के लिए,
विशेष रूप से,[33]
यह भी देखें
- फोआस स्थिर
- बर्ट्रेंड का अभिधारणा
- ओपरमैन का अनुमान
- रामानुजन प्राइम
संदर्भ
- ↑ Bach, Eric; Shallit, Jeffrey (1996). Algorithmic Number Theory. MIT Press. volume 1 page 234 section 8.8. ISBN 0-262-02405-5.
- ↑ Weisstein, Eric W. "Prime Counting Function". MathWorld.
- ↑ Jump up to: 3.0 3.1 "How many primes are there?". Chris K. Caldwell. Archived from the original on 2012-10-15. Retrieved 2008-12-02.
- ↑ Dickson, Leonard Eugene (2005). History of the Theory of Numbers, Vol. I: Divisibility and Primality. Dover Publications. ISBN 0-486-44232-2.
- ↑ Ireland, Kenneth; Rosen, Michael (1998). A Classical Introduction to Modern Number Theory (Second ed.). Springer. ISBN 0-387-97329-X.
- ↑ See also Theorem 23 of A. E. Ingham (2000). The Distribution of Prime Numbers. Cambridge University Press. ISBN 0-521-39789-8.
- ↑ Kevin Ford (November 2002). "Vinogradov's Integral and Bounds for the Riemann Zeta Function" (PDF). Proc. London Math. Soc. 85 (3): 565–633. arXiv:1910.08209. doi:10.1112/S0024611502013655. S2CID 121144007.
- ↑ Mossinghoff, Michael J.; Trudgian, Timothy S. (2015). "Nonnegative trigonometric polynomials and a zero-free region for the Riemann zeta-function". J. Number Theory. 157: 329–349. arXiv:1410.3926. doi:10.1016/J.JNT.2015.05.010. S2CID 117968965.
- ↑ Hutama, Daniel (2017). "Implementation of Riemann's Explicit Formula for Rational and Gaussian Primes in Sage" (PDF). Institut des sciences mathématiques.
- ↑ Jump up to: 10.0 10.1 Riesel, Hans; Göhl, Gunnar (1970). "Some calculations related to Riemann's prime number formula" (PDF). Mathematics of Computation. American Mathematical Society. 24 (112): 969–983. doi:10.2307/2004630. ISSN 0025-5718. JSTOR 2004630. MR 0277489.
- ↑ "Tables of values of pi(x) and of pi2(x)". Tomás Oliveira e Silva. Retrieved 2008-09-14.
- ↑ "A table of values of pi(x)". Xavier Gourdon, Pascal Sebah, Patrick Demichel. Retrieved 2008-09-14.
- ↑ "Conditional Calculation of pi(1024)". Chris K. Caldwell. Retrieved 2010-08-03.
- ↑ Platt, David J. (2012). "Computing π(x) Analytically)". arXiv:1203.5712 [math.NT].
- ↑ "How Many Primes Are There?". J. Buethe. Retrieved 2015-09-01.
- ↑ Staple, Douglas (19 August 2015). The combinatorial algorithm for computing pi(x) (Thesis). Dalhousie University. Retrieved 2015-09-01.
- ↑ Walisch, Kim (September 6, 2015). "New confirmed pi(10^27) prime counting function record". Mersenne Forum.
- ↑ Baugh, David (Oct 26, 2020). "New confirmed pi(10^28) prime counting function record". OEIS.
- ↑ Baugh, David (Feb 28, 2022). "New confirmed pi(10^29) prime counting function record". OEIS.
- ↑ Lehmer, Derrick Henry (April 1, 1958). "ON THE EXACT NUMBER OF PRIMES LESS THAN A GIVEN LIMIT". Illinois J. Math. 3 (3): 381–388. Retrieved February 1, 2017.
- ↑ Marc Deleglise; Joel Rivat (January 1996). "कम्प्यूटिंग π[[Category: Templates Vigyan Ready]](x): मीसेल, लेह्मर, लागरियास, मिलर, ओडलिज़को विधि" (PDF). Mathematics of Computation. 65 (213): 235–245. doi:10.1090/S0025-5718-96-00674-6.
{{cite journal}}
: URL–wikilink conflict (help) - ↑ Titchmarsh, E.C. (1960). The Theory of Functions, 2nd ed. Oxford University Press.
- ↑ Weisstein, Eric W. "Riemann Prime Counting Function". MathWorld.
- ↑ Riesel, Hans (1994). Prime Numbers and Computer Methods for Factorization. Progress in Mathematics. Vol. 126 (2nd ed.). Birkhäuser. pp. 50–51. ISBN 0-8176-3743-5.
- ↑ Weisstein, Eric W. "Gram Series". MathWorld.
- ↑ "The encoding of the prime distribution by the zeta zeros". Matthew Watkins. Retrieved 2008-09-14.
- ↑ Rosser, J. Barkley; Schoenfeld, Lowell (1962). "Approximate formulas for some functions of prime numbers". Illinois J. Math. 6: 64–94. doi:10.1215/ijm/1255631807. ISSN 0019-2082. Zbl 0122.05001.
- ↑ Jump up to: 28.0 28.1 Dusart, Pierre (2 Feb 2010). "Estimates of Some Functions Over Primes without R.H.". arXiv:1002.0442v1 [math.NT].
- ↑ Rosser, Barkley (1941). "Explicit bounds for some functions of prime numbers". American Journal of Mathematics. 63 (1): 211–232. doi:10.2307/2371291. JSTOR 2371291.
- ↑ Dusart, Pierre (1999). "The th prime is greater than for ". Mathematics of Computation. 68 (225): 411–415. doi:10.1090/S0025-5718-99-01037-6.
- ↑ Berndt, Bruce C. (2012-12-06). Ramanujan's Notebooks, Part IV (in English). Springer Science & Business Media. pp. 112–113. ISBN 9781461269328.
- ↑ Dusart, Pierre (January 2018). "Explicit estimates of some functions over primes". Ramanujan Journal. 45 (1): 225–234. doi:10.1007/s11139-016-9839-4. S2CID 125120533.
- ↑ Schoenfeld, Lowell (1976). "Sharper bounds for the Chebyshev functions θ(x) and ψ(x). II". Mathematics of Computation. American Mathematical Society. 30 (134): 337–360. doi:10.2307/2005976. ISSN 0025-5718. JSTOR 2005976. MR 0457374.
टिप्पणियाँ
- ↑ Montgomery showed that (assuming the Riemann hypothesis) at least 2/3 of all zeros are simple.
बाहरी संबंध
- Chris Caldwell, The Nth Prime Page at The Prime Pages.
- Tomás Oliveira e Silva, Tables of prime-counting functions.