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几乎所有的正整数都不是素数

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随着正整数n不断增加, 1,2,…,n当中素数的个数与n的比值在不断减小
π(n)/n→0也许是有关素数分布的规律当中, 除了"存在无穷多个素数"以外看起来最容易理解的一个, 有哪些简单清楚的证明呢


IP属地:北京来自Android客户端1楼2025-07-25 14:28回复
    第一步,把pi(n)/n转化比较phi(m)/m。例如取前k个素数的乘积m,对每个充分大的n,pi(n)/n可以控制到比phi(m)/m+1/m要小。(余数默认都是素数,其他整倍数素数比例肯定小于phim/m),这样只需要证明对素数乘积m=prod p,phim/m趋于0即可
    第二步,取m= Prod(p_i),既证明Prod(1-1/p_i) 趋于0。利用均值不等式得到前者小于
    [1-( Sum 1/p)/pi(n)]^pi(n)
    第三步,证明 Sum 1/p发散。这样上式就小于lim[1-k/pin]^pin等于e^-k对任意k,因此趋于0。发散用无穷乘积加放缩就行,更进一步还能说明倒数和大于loglog n
    感觉大多数证明应该都得涉及到prod(1-1/p)


    IP属地:河北来自Android客户端2楼2025-07-25 18:09
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      2025-08-01 10:44:47
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      将所有素数由小到大设为p_1<p_2<…
      对任意正整数n, 以及任意正数m≥2, 设不超过m的素数共有k个 (k≥1), 这k个素数的乘积设为r, 素数p_k, p_(k+1)满足
      p_k≤m< p_(k+1)
      由于不超过n且与r互素的正整数数目, 不超过
      ([n/r]+1)×phi(r)
      不超过n的素数要么整除r, 要么与r互素, 所以
      pi(n)≤ ([n/r]+1)×phi(r) + k
      ≤n×phi(r)/r + phi(r) + pi(m)
      按照欧拉函数的计算公式
      r/phi(r) = ∏ p_i/(p_i-1) (1≤i≤k)
      = ∏(1+ 1/p_i + 1/(p_i)^2 + …)
      > ∑1/j (1≤j<p_(k+1))
      > ln p_(k+1)
      > ln m
      所以
      pi(n) ≤ n/ln m + phi(r) + pi(m)
      (因为m是任意取定的, 所以足以得到pi(n)/n→0)
      ------
      当2≤m<3时, phi(r)+pi(m) = m^pi(m)
      当m≥3时
      phi(r)+pi(m) < r + p_k ≤ (p_k)^k ≤ m^pi(m)
      因此, 对任意正整数n, 任意正数m≥2, 都有
      pi(n) ≤ n/ln m + m^pi(m)
      ≤ n/ln m + m^m
      对任意给定的0< ε <1, 取m= (ln n)^(1-ε), 当n相比于ε充分大时, m≥2, 则
      pi(n) ≤ n /(1-ε)lnln n + exp((1-ε)lnlnn × (ln n)^(1-ε))
      < (1+ε') n / lnln n
      其中ε'是可以由ε确定的正数, 当ε足够小时, ε'可以任意接近0


      IP属地:北京来自Android客户端4楼2025-07-26 09:39
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