克拉梅爾猜想

數學上的克拉梅爾猜想(Cramér's conjecture)是瑞典數學家哈拉尔德·克拉梅尔在1937年提出的關於質數間隙的猜想。該猜想是說:

:\limsup_{n\to\infty} \frac{p_{n+1}-p_n}{(\ln p_n)^2} = 1,

這裡p_n代表第n個素数。該猜想到現在仍未證出或被否證。

關於質數間隙的條件結果
克拉梅爾也提出另一個較弱的關於素数間隙的猜想,指出在黎曼猜想成立的狀況下,有

:p_{n+1}-p_n = O(\sqrt{p_n}\,\ln p_n)。

另一方面,E·韦斯钦蒂乌斯(E. Westzynthius)於1931年證明質數間隙成長速度快過對數,也就是說,
:\limsup_{n\to\infty}\frac{p_{n+1}-p_n}{\log p_n}=\infty.

改進了他的結果,並證明道
:\limsup_{n\to\infty}\frac{p_{n+1}-p_n}{\log p_n}\cdot\frac{\left(\log\log\log p_n\right)^{2}}{ \log\log p_n \log\log\log\log p_n} > 0

艾狄胥·帕爾猜想表示上式的左側趨近於無限,而這點於2014年由、、和陶哲軒四人組。以及詹姆斯·梅納德分別證出。這兩組人馬在該年稍晚將該結果以\log \log \log p_n因子進行改進。

探索性論證
克拉梅爾猜想是基於本質上探索性的機率模型之上的,在其中一個大小為的數是質數的機率是1/\log{x}。而該結果又稱作「克拉梅爾隨機模型」(Cramér random model)或「克拉梅爾質數模型」(Cramér model of the primes)。

根據克拉梅爾隨機模型,以下事件的機率為一根據邁爾定理,克拉梅爾隨機模型不能適切地描述質數在短區間上的分布,而在考慮可除性後,修正版克拉梅爾模型指向c \ge 2e^{-\gamma}\approx1.1229\ldots(),其中\gamma是歐拉-馬斯刻若尼常數。平茨·亚诺什則認為該比值的上極限可能發散至無限;

類似地,伦纳德·阿德曼和凯文·麦柯利(Kevin McCurley)寫道:
:「由於H. Maier關於相鄰質數間隙的工作之故,學界對克拉梅爾猜想的確實公式起了疑問…(中略)因此很有可能對於任意的常數c>2而言,總存在一個常數,使得x和x+d(\log x)^c有一個質數。」

類似地,罗宾·维瑟(Robin Visser)寫道:
:「事實上,由於格兰维尔的工作之故,現在學界普遍相信克拉梅爾猜想是錯的。實際上也確實有邁爾定理等關於短區間的定理,和克拉梅爾模型難以兼容。」

相關猜想和探索
猜想表示對質數間隙而言,下列比克拉梅爾猜想來得強的漸近公式成立:
G(x)\sim \log^2 x

J·H·卡德韦尔(J.H. Cadwell)則提出下列何質數間隙有關的公式:
G(x)\sim \log^2 x - \log x\log\log x
該公式和尚克斯猜想在形式上一致,但同時提出了低次項。

马雷克·沃尔夫(Marek Wolf)則猜想在以素數計數函數\pi(x)表示的狀況下,最大質數間隙G(x)如下:
:G(x)\sim \frac{x}{\pi(x)}(2\log\pi(x)-\log x+c),
其中c=\log(C_2)=0.2778769...和C_2=1.3203236...是孿生質數常數的兩倍,可見和的相關內容。再一次地,該公式和尚克斯猜想在形式上一致,但同時提出了如下的低次項:
:G(x) \sim \log^2 x - 2\log x\log\log x - (1-c)\log x.

(發現奔騰浮點除錯誤的數學家)曾對許多大質數間隙進行計算,他藉由下列公式來計算質數間隙與克拉梅爾猜想相契合的程度:
:R = \frac{\log p_n}{\sqrt{p_{n+1}-p_n}}

他寫道「即使對於已知最大的質數間隙,R的值都維持在1.13左右」。

參見
*質數定理
*勒讓德猜想和安德里卡猜想─兩個遠遠較弱但依舊未證出的關於質數間隙上界的猜想。
*菲鲁兹巴赫特猜想
*邁爾定理─一個關於短區間質數個數且克拉梅爾模型給出錯誤預測的定理。

參考資料
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外部連結
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