浅谈孪生素数的分布浅谈孪生素数的分布

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  【摘要】R(n)表不大于n的孪生素数个数,且有R(n)~n2∏1-2pk,pk∈不大于n的所有奇素数.
  【关键词】孙子定理;逐步淘汰原则;黎曼ζ函数;对数函数
  1历史背景
  1949年法国人波林那克提出孪生素数猜想.即相差为2的两个素数是否有无限多组,有没有最大的孪生素数.
  2证明思路
  一些国内外数学家认为孪生素数的分布与素数的分布很相似,下面简单介绍一下素数的分布(数论导引).
  命ω(x,r)表不大于x且不为前r个素数2,3,5,…,Pr(Pr≤x)所整除的整数个数时,
  ω(x,r)=x2-∑1  ω(x,r)~x2-∑x2Pi+∑x2PiPj……
  =x21-∑1Pi+∑1PiPj-……
  =x2∏1-1Pr≥x21lnx=xlnx.
  以上结论还可以理解为ω(x,r)为不大于n的所有整数的个数中减去所有满足x≡0(mod Pr)的整数后剩余的整数个数.
  3孪生素数的分布
  我们有x为不大于n的整数,且有前r个素数:2,3,…,Pr(Pr≤n).
  定理 当x±1(mod Pr)时,则x+1,x-1同为素数,并且是孪生素数.
  证明 当且仅当
  x1(mod Pr)x-1(mod Pr)x-10(mod Pr)x+10(modPr)x+1,x-1同为素数,并且是孪生素数.
  命N(x±1,r)表不大于n,且减去其中所有满足有x≡±1(mod Pr)的整数后余下的整数个数.
  现在我们先给出结果:
  N(x±1,r)=n2-∑2≤k1≤rn2pk1•2+ ∑2≤k1  ~n2-∑2n2pk1+∑22n2pk1pk2-…+ (-1)s∑2sn2pk1…pks-…
  =n21-∑2n2pk1+∑222pk1pk2-…+ (-1)s∑2s2pk1…pks-…
  =n2∏1-2pk.
  N(x±1,r)=n2-∑2≤k1≤rn2pk1•2+ ∑2≤k1  推论1 当x≡0(mod 2)时,则不超过n时,x有n2个解.
  证 不大于n的偶数有n2个.
  推论2 当x≡0(mod 2),x≡±1(mod Pk1),……x≡±1(mod Pks),在不大于n时,则x有n2Pk1…Pks•2s个解.(Pk1,…,Pks属于不大于n的任意奇素数,且Pk1  证 ∵2,Pk1,…,Pks两两互素,由孙子定理,得
  ∴x≡M2α2C2+MPk1αPk1CPk1+…+MPksαPksCPks(mod 2•Pk1…Pks).
  又 ∵CPk1,CPk2,…,CPks=1,-1都有两个值,
  ∴在0  故在不大于n时,x有n2Pk1Pk2…Pks•2s个解 .
  4关于R(n)的进一步推论
  推论1 ∏1-2Pk>∏1-1Pk2∏1-1P2k.
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