Densitatea asimptotică
În matematică și mai ales în teoria numerelor , densitatea asimptotică (sau densitatea naturală sau densitatea aritmetică ) este o modalitate de măsurare a „dimensiunii” anumitor subseturi de numere întregi naturale . Densitatea unei mulțimi A poate fi văzută ca o aproximare a probabilității ca un număr întreg tras la întâmplare dintr-un interval arbitrar mare să aparțină lui A ; studiul său face parte din teoria analitică a numerelor .
Context
Nu există o probabilitate uniformă asupra setului de numere întregi naturale, deoarece dacă fiecare singleton ar avea aceeași probabilitate p , conform axiomei aditivității , setul ar avea o probabilitate infinită dacă p > 0 și zero dacă p = 0 .
NU{\ displaystyle \ mathbb {N}}NU{\ displaystyle \ mathbb {N}}
Noi chiar arată că nu există nici o probabilitate pe satisfacerea proprietății intuitiv evident că „probabilitatea“ a setului de multipli de un număr întreg strict pozitiv , un este egal cu 1 / a (există o șansă pe un ca un întreg este un multiplu de a ).
NU{\ displaystyle \ mathbb {N}}
Pe de altă parte, există o probabilitate uniformă pe toate seturile , ceea ce motivează următoarele definiții.
[1,nu]={1,2,..,nu}{\ displaystyle [1, n] = \ {1,2, .., n \}}
Definiții
Un set A de numere naturale este densitatea naturală (unde ) proporția elementelor lui A dintre numerele întregi de la 1 la n se apropie asimptotic de când n merge la infinit. În mod formal, notând numărul de elemente ale lui A între 1 și n , densitatea asimptotică a lui A , D ( A ) , este definită deα{\ displaystyle \ alpha}0⩽α⩽1{\ displaystyle 0 \ leqslant \ alpha \ leqslant 1}α{\ displaystyle \ alpha}NUnu=NUnu(LA){\ displaystyle N_ {n} = N_ {n} (A)}
D(LA)=limnu→∞NUnunu {\ displaystyle {\ text {D}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {n}} {n}} \}(dacă
această limită există).
Stare necesară și suficientă
Dacă A este finit, A are densitate zero.
Dacă A este infinit, să fie secvența strict crescătoare a elementelor sale nenule.
(lanu)nu⩾1{\ displaystyle (a_ {n}) _ {n \ geqslant 1}}
Asa de :
- dacă , A are densitate zero.
lanu≫nu{\ displaystyle a_ {n} \ gg n}
- dacă , A are densitate ssi .lanu=O(nu){\ displaystyle a_ {n} = O (n)}α>0{\ displaystyle \ alpha> 0}lanu∼nuα{\ displaystyle a_ {n} \ sim {\ frac {n} {\ alpha}}}
Demonstrație
Dacă A este finit, este constant peste un anumit rang, prin urmare .
NUnu{\ displaystyle N_ {n}}limnu→∞NUnunu=0{\ displaystyle \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {n}} {n}} = 0}
Să presupunem că ; După ce a crescut strict limita infinită .
limnu→∞nulanu=α⩾0{\ displaystyle \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {n} {a_ {n}}} = \ alpha \ geqslant 0}(lanu)nu⩾1{\ displaystyle (a_ {n}) _ {n \ geqslant 1}}laNUnu⩽nu<laNUnu+1{\ displaystyle a_ {N_ {n}} \ leqslant n <a_ {N_ {n + 1}}}
Scriind asta , obținem asta .
NUnunu=NUnulaNUnu.laNUnunu⩽NUnulaNUnu{\ displaystyle {\ frac {N_ {n}} {n}} = {\ frac {N_ {n}} {a_ {N_ {n}}}}. {\ frac {a_ {N_ {n}}} { n}} \ leqslant {\ frac {N_ {n}} {a_ {N_ {n}}}}}lim¯NUnunu⩽α{\ displaystyle {\ overline {\ lim}} {\ frac {N_ {n}} {n}} \ leqslant \ alpha}
Scriind asta , obținem asta .
NUnu+1nu+1=NUnu+1laNUnu+1.laNUnu+1nu.nu+1nu⩾NUnu+1laNUnu+1.nu+1nu{\ displaystyle {\ frac {N_ {n + 1}} {n + 1}} = {\ frac {N_ {n + 1}} {a_ {N_ {n + 1}}}}. {\ frac {a_ {N_ {n + 1}}} {n}}. {\ Frac {n + 1} {n}} \ geqslant {\ frac {N_ {n + 1}} {a_ {N_ {n + 1}}} }. {\ frac {n + 1} {n}}}lim_NUnu+1laNUnu+1⩾α{\ displaystyle {\ underline {\ lim}} {\ frac {N_ {n + 1}} {a_ {N_ {n + 1}}}} geqslant \ alpha}
Deducem ; dacă , am arătat bine că dacă , A este de densitate zero.
D(LA)=limnu→∞NUnunu=α{\ displaystyle {\ text {D}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {n}} {n}} = \ alpha}α=0{\ displaystyle \ alpha = 0}lanu≫nu{\ displaystyle a_ {n} \ gg n}
Dacă , am demonstrat că dacă , A are densitatea α.α>0{\ displaystyle \ alpha> 0}lanu∼nuα{\ displaystyle a_ {n} \ sim {\ frac {n} {\ alpha}}}
Să presupunem reciproc că ; cum ar fi , și , așa că .
D(LA)=α>0{\ displaystyle {\ text {D}} (A) = \ alpha> 0}NUlanu=nu{\ displaystyle N_ {a_ {n}} = n}limnu→∞NUlanulanu=α{\ displaystyle \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {a_ {n}}} {a_ {n}}} = \ alpha}limnu→∞nulanu=α{\ displaystyle \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {n} {a_ {n}}} = \ alpha}lanu∼nuα{\ displaystyle a_ {n} \ sim {\ frac {n} {\ alpha}}}
Densități din ce în ce mai mici
Cu aceleași notații, definim densitatea asimptotică mai mare (sau pur și simplu densitatea mai mare ) a lui A , d ( A ), prin
D¯(LA)=lim supnu→∞NUnunu{\ displaystyle {\ overline {\ text {D}}} (A) = \ limsup _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {n}} {n}}},
unde lim sup este limita superioară .
De asemenea, densitatea mai mică a lui A , d ( A ), este definită de
D_(LA)=lim infnu→∞NUnunu{\ displaystyle {\ underline {\ text {D}}} (A) = \ liminf _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {N_ {n}} {n}}}, unde lim inf este
limita inferioară .
A are o densitate asimptotică dacă și numai dacă densitățile inferioare și superioare coincid și apoi.
d_(LA)=d¯(LA)=d(LA){\ displaystyle {\ underline {\ text {d}}} (A) = {\ overline {\ text {d}}} (A) = {\ text {d}} (A)}
Proprietate de aditivitate finită
Densitatea asimptotică nu verifică proprietatea aditivității numărabile, dar o verifică pe cea a aditivității finite .
Fie A și B două subseturi de ;
NU{\ displaystyle \ mathbb {N}}
Dacă sunt disjuncte și fiecare are o densitate, atunci are și o densitate și .
LA∪B{\ displaystyle A \ cup B}D(LA∪B)=D(LA)+D(B){\ displaystyle {\ text {D}} (A \ cup B) = {\ text {D}} (A) + {\ text {D}} (B)}
Mai general :
Dacă trei din cele patru seturi au densitate, atunci la fel are și al patrulea și .
LA,B,LA∪B,LA∩B{\ displaystyle A, B, A \ cup B, A \ cap B}D(LA∪B)+D(LA∩B)=D(LA)+D(B){\ displaystyle {\ text {D}} (A \ cup B) + {\ text {D}} (A \ cap B) = {\ text {D}} (A) + {\ text {D}} ( B)}
Acest lucru se datorează faptului că .
NUnu(LA∪B)+NUnu(LA∩B)=NUnu(LA)+NUnu(B){\ displaystyle N_ {n} (A \ cup B) + N_ {n} (A \ cap B) = N_ {n} (A) + N_ {n} (B)}
Deducem că dacă densitatea există pentru A , ea există și pentru complementul c A din A în și că avem .
NU{\ displaystyle \ mathbb {N}}d(vs.LA)=1-d(LA){\ displaystyle {\ text {d}} (^ {c} A) = 1 - {\ text {d}} (A)}
Exemple
-
d(NU)=1{\ displaystyle d (\ mathbb {N}) = 1}.
- Subseturile finite sunt de densitate zero.
- Setul de pătrate perfecte are densitate zero deoarece (sau pentru că ).LA={nu2∣nu∈NU}{\ displaystyle A = \ {n ^ {2} \ mid n \ in \ mathbb {N} \}}NUnu(LA)∼nu≪nu{\ displaystyle N_ {n} (A) \ sim {\ sqrt {n}} \ ll n}nu2≫nu{\ displaystyle n ^ {2} \ gg n}
- Este același lucru pentru setul de numere prime char (sau char ); demonstrație folosind teorema numărului prim , pentru o dovadă elementară, vezi mai jos.P{\ displaystyle \ mathbb {P}}NUnu(P)∼nulnnu≪nu{\ displaystyle N_ {n} (\ mathbb {P}) \ sim {\ frac {n} {\ ln n}} \ ll n}pnu∼nulnnu≫nu{\ displaystyle p_ {n} \ sim n \ ln n \ gg n}
Demonstrație
Etape majore în demonstrarea nulității densității numerelor prime (teorema de rarefacție a lui Legendre (1808)), fără a utiliza teorema numărului prim.
Să notăm cu numărul prim al rangului k și cu mulțimea multiplilor lui ; notăm mulțimea numerelor naturale care nu sunt divizibile cu niciun număr prim cuprins între 2 și . Se arată că PRIMES fiind relativ prim câte două, densitatea este produsul densităților de seturi : . Aur ; este o consecință a faptului că (vezi la produs infinit ). Mai mult, întrucât un număr prim nu este niciodată multiplu al altui, setul conține toate numerele prime începând de la . Dacă n este un întreg mai mare sau egal cu , avem , prin urmare ,. Luând limitele superioare, obținem acest lucru pentru toate k . Ca , putem deduce că .
pk{\ displaystyle p_ {k}}Mk{\ displaystyle M_ {k}}pk{\ displaystyle p_ {k}}LAk=VSM1∩VSM2∩...VSMk{\ displaystyle A_ {k} = ^ {C} M_ {1} \ cap ^ {C} M_ {2} \ cap ... ^ {C} M_ {k}}pk{\ displaystyle p_ {k}}LAk{\ displaystyle A_ {k}}VSM1,VSM2,...VSMk{\ displaystyle ^ {C} M_ {1}, ^ {C} M_ {2}, ... ^ {C} M_ {k}}D(LAk)=∏eu=1k(1-1peu){\ displaystyle D (A_ {k}) = \ prod _ {i = 1} ^ {k} \ left (1 - {\ frac {1} {p_ {i}}} \ right)}limk→+∞∏eu=1k(1-1peu)=0{\ displaystyle \ lim _ {k \ rightarrow + \ infty} \ prod _ {i = 1} ^ {k} \ left (1 - {\ frac {1} {p_ {i}}} \ right) = 0}∑k1pk=+∞{\ displaystyle \ sum _ {k} {\ frac {1} {p_ {k}}} = + \ infty}LAk{\ displaystyle A_ {k}}pk+1{\ displaystyle p_ {k + 1}}pk+1{\ displaystyle p_ {k + 1}}NUnu(LAk)⩾NUnu(P)-k{\ displaystyle N_ {n} (A_ {k}) \ geqslant N_ {n} ({\ mathbb {P}}) - k}NUnu(P)nu⩽NUnu(LAk)nu+knu{\ displaystyle {\ frac {N_ {n} ({\ mathbb {P}})} {n}} \ leqslant {\ frac {N_ {n} (A_ {k})} {n}} + {k \ peste n}}lim¯nu→+∞NUnu(P)nu⩽D(LAk){\ displaystyle {\ overline {\ lim}} _ {n \ rightarrow + \ infty} {\ frac {N_ {n} ({\ mathbb {P}})} {n}} \ leqslant D (A_ {k} )}}limk→+∞D(LAk)=0{\ displaystyle \ lim _ {k \ rightarrow + \ infty} D (A_ {k}) = 0}lim¯NUnu(P)nu=0=D(P){\ displaystyle {\ overline {\ lim}} {\ frac {N_ {n} ({\ mathbb {P}})} {n}} = 0 = D ({\ mathbb {P}})}
- Seturile de numere pare și numere impare au densitate 1/2.2NU={2nu∣nu∈NU}{\ displaystyle 2 \ mathbb {N} = \ {2n \ mid n \ in \ mathbb {N} \}}2NU+1={2nu+1∣nu∈NU}{\ displaystyle 2 \ mathbb {N} +1 = \ {2n + 1 \ mid n \ in \ mathbb {N} \}}
- Mai general, setul de valori ale unei secvențe aritmetice întregi are pentru densitate inversul rațiunii sale, adică 1 / a .{lanu+b∣nu∈NU}{\ displaystyle \ {an + b \ mid n \ in \ mathbb {N} \}}
- Dacă a este un număr real , mulțimea părților întregi are o densitate de 1 / a .⩾1{\ displaystyle \ geqslant 1}{⌊lanu⌋∣nu∈NU}{\ displaystyle \ {\ left \ lfloor an \ right \ rfloor \ mid n \ in \ mathbb {N} \}}
- Setul de numere întregi fără factor pătrat are densitate (vezi teorema lui Cesàro ).6/π2{\ displaystyle 6 / \ pi ^ {2}}
- Setul de numere abundente are o densitate cuprinsă între 0,2474 și 0,2480.
- Mulțimea (intervalele întregi) a numerelor a căror scriere în baza b conține un număr impar de cifre este un exemplu de mulțime fără densitate asimptotică; este într-adevăr de densitate mai mică și densitate mai mare .LA=⋃nu=0∞[b2nu,b2nu+1[{\ displaystyle A = \ bigcup \ limits _ {n = 0} ^ {\ infty} \ left [b ^ {2n}, b ^ {2n + 1} \ right [} 1b+1{\ displaystyle {\ frac {1} {b + 1}}}bb+1{\ displaystyle {\ frac {b} {b + 1}}}
Demonstrație
Fiecare set are elemente. Prin urmare
[b2nu,b2nu+1[{\ displaystyle \ left [b ^ {2n}, b ^ {2n + 1} \ right [}(b-1)b2nu{\ displaystyle (b-1) b ^ {2n}}
D_(LA)=limnu→∞(b-1)1+b2+⋯+b2nu-2b2nu =limnu→∞b-1b2-1b2nu-1b2nu =1b+1{\ displaystyle {\ underline {\ text {D}}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} (b-1) {\ frac {1 + b ^ {2} + \ cdots + b ^ {2n-2}} {b ^ {2n}}} \ = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {b-1} {b ^ {2} -1}} {\ frac {b ^ {2n} -1} {b ^ {2n}}} \ = {\ frac {1} {b + 1}}}
D¯(LA)=limnu→∞(b-1)1+b2+⋯+b2nub2nu+1 =limnu→∞b-1b2-1b2nu+2-1b2nu+1 =bb+1{\ displaystyle {\ overline {\ text {D}}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} (b-1) {\ frac {1 + b ^ {2} + \ cdots + b ^ {2n}} {b ^ {2n + 1}}} \ = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {b-1} {b ^ {2} -1}} {\ frac {b ^ {2n + 2} -1} {b ^ {2n + 1}}} \ = {\ frac {b} {b + 1}}}
Cu toate acestea, acest set are o densitate logaritmică (a se vedea mai jos) egală cu 1/2 (într-adevăr ,, și există, în esență, n termeni din această formă de rezumat).
∑k=b2nub2nu+1-11/k∼lnb{\ displaystyle \ sum _ {k = b ^ {2n}} ^ {b ^ {2n + 1} -1} 1 / k \ sim \ ln b}
- Mulțimile (diferența simetrică a mulțimii anterioare cu ) și oferă un exemplu de două mulțimi având o densitate a cărei densitate nu are nici intersecția, nici uniunea, nici cele două diferențe.B=LAΔ2NU{\ displaystyle B = A \, \ Delta \, 2 \ mathbb {N}}2NU{\ displaystyle 2 \ mathbb {N}}VS=2NU+1{\ displaystyle C = 2 \ mathbb {N} +1}
Demonstrație
B=(LA∖2NU)∪(2NU∖LA){\ displaystyle B = (A \ setminus {2 \ mathbb {N}}) \ cup (2 \ mathbb {N} \ setminus {A})} este format din numere impare având un număr impar de cifre și numere pare având un număr par de cifre. Astfel, densitatea și 1/2 C .
Dar nu are densitate (densitățile sale inferioare și superioare sunt jumătate din cele ale lui A ). are, de asemenea, densități jumătăți inferioare și superioare ale celor de .
B∩VS=LA∖2NU{\ displaystyle B \ cap C = A \ setminus 2 \ mathbb {N}}B∪VS=vs.LA∖2NU{\ displaystyle B \ cup C = \, ^ {c} A \ setminus 2 \ mathbb {N}}vs.LA{\ displaystyle ^ {c} A}
B∖VS=2NU∖LA{\ displaystyle B \ setminus {C} = 2 \ mathbb {N} \ setminus {A}}și nu aveți nici unul.
VS∖B=(2NU+1)∖LA{\ displaystyle C \ setminus {B} = (2 \ mathbb {N} +1) \ setminus {A}}
- Un alt exemplu de mulțime fără densitate este mulțimea numerelor a căror scriere în baza b începe cu cifra c ( ).LA=⋃nu=0∞[vs.bnu,(vs.+1)bnu[{\ displaystyle A = \ bigcup \ limits _ {n = 0} ^ {\ infty} \ left [cb ^ {n}, (c + 1) b ^ {n} \ right [} 1⩽vs.⩽b-1{\ displaystyle 1 \ leqslant c \ leqslant b-1}
Este într-adevăr de densitate mai mică și densitate mai mare (1/9 și 5/9 de exemplu pentru numărul 1 din baza 10).1vs.(b-1){\ displaystyle {\ frac {1} {c (b-1)}}}b(vs.+1)(b-1){\ displaystyle {\ frac {b} {(c + 1) (b-1)}}}
Demonstrație
Fiecare set are elemente. Prin urmare
[vs.bnu,(vs.+1)bnu[{\ displaystyle \ left [cb ^ {n}, (c + 1) b ^ {n} \ right [}bnu{\ displaystyle b ^ {n}}
D_(LA)=limnu→∞1+b+⋯+bnu-1vs.bnu =limnu→∞bnu-1vs.bnu(b-1) =1vs.(b-1){\ displaystyle {\ underline {\ text {D}}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {1 + b + \ cdots + b ^ {n-1}} {cb ^ {n}}} \ = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {b ^ {n} -1} {cb ^ {n} (b-1)}} \ = {\ frac {1} {c (b-1)}}}
D¯(LA)=limnu→∞1+b+⋯+bnu(vs.+1)bnu =limnu→∞bnu+1-1(vs.+1)bnu(b-1) =b(vs.+1)(b-1){\ displaystyle {\ overline {\ text {D}}} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {1 + b + \ cdots + b ^ {n}} {(c + 1 ) b ^ {n}}} \ = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ frac {b ^ {n + 1} -1} {(c + 1) b ^ {n} (b-1) }} \ = {\ frac {b} {(c + 1) (b-1)}}}
Totuși, acest set are o densitate logaritmică (vezi mai jos) egală cu , cu alte cuvinte, setul de numere întregi îndeplinește o lege logaritmică Benford .
Buturugab(1+1/vs.){\ displaystyle \ log _ {b} (1 + 1 / c)}
- Dacă este o secvență distribuită în mod egal în [0, 1] și dacă este familia de mulțimi(αnu)nu∈NU{\ displaystyle (\ alpha _ {n}) _ {n \ in \ mathbb {N}}}(LAX)X∈[0,1]{\ displaystyle (A_ {x}) _ {x \ in [0,1]}}LAX: ={nu∈NU∣αnu<X}{\ displaystyle A_ {x}: = \ {n \ in \ mathbb {N} \ mid \ alpha _ {n} <x \}}apoi, prin definiție, d ( A x ) = x pentru toate x .
Alte definiții
Densitatea Banach
O noțiune oarecum mai slabă de densitate este cea a densității Banach ; dat , este definit de
LA⊆NU{\ displaystyle A \ subseteq \ mathbb {N}}
D∗(LA)=lim supNU-M→∞|LA⋂{M,M+1,...,NU}|NU-M+1{\ displaystyle {\ text {D}} ^ {*} (A) = \ limsup _ {NM \ rightarrow \ infty} {\ frac {| A \ bigcap \ {M, M + 1, \ ldots, N \} |} {NM + 1}}}.
Densitatea Schnirelmann
Densitatea Schnirelmann a este definită ca limita inferioară a rezultatului ; deși este foarte sensibil la numerele întregi mici ale lui A (este de exemplu zero dacă A nu conține 1 de atunci ), are proprietăți interesante care îl fac mai util decât densitatea asimptotică în teoria numerelor aditive .
LA⊆NU∗{\ displaystyle A \ subseteq \ mathbb {N ^ {*}}}(NUnunu){\ displaystyle \ left ({\ frac {N_ {n}} {n}} \ right)}NU1=0{\ displaystyle N_ {1} = 0}
Densitatea logaritmică
Mulțimi mai neregulate pot fi măsurate prin densitatea lor logaritmică , definită prin : atribuim greutatea 1 / k întregului k .
DButuruga(LA)=limnu→∞∑k∈[1,nu]∩LA1k∑k∈[1,nu]1k{\ displaystyle {\ text {D}} _ {\ log} (A) = \ lim _ {n \ rightarrow \ infty} {\ dfrac {\ sum _ {k \ in [1, n] \ cap A} { \ dfrac {1} {k}}} {{\ underset {k \ in [1, n]} {\ sum}} {\ dfrac {1} {k}}}}}
Această densitate se îmbină cu densitatea asimptotică atunci când aceasta din urmă există și am văzut mai sus exemple de seturi fără densitatea asimptotică având, totuși, o densitate logaritmică. Astfel putem considera că este vorba despre un proces analog transformărilor care permit calcularea sumei unei serii divergente .
Exemplu
Orice parte A astfel încât converge seria armonică lacunară are densitate logaritmică zero. Acesta este cazul, de exemplu, cu seturile Kempner obținute prin păstrarea numai a numerelor întregi care nu cuprind o secvență dată de cifre într-o anumită bază.
∑nu∈LA1nu{\ displaystyle \ sum _ {n \ în A} {\ dfrac {1} {n}}}
Conversa este falsă, după cum reiese din setul de numere prime care are o densitate naturală, deci logaritmică, zero și a cărei serie de inversuri nu converge.
Densitatea Zeta
Pentru orice real , definim ce ar fi imposibil de scris pentru s = 1 din cauza divergenței seriei armonice .
s>1{\ displaystyle s> 1}Ds(LA)=∑nu∈LA1nus∑nu∈NU∗1nus{\ displaystyle {\ text {D}} _ {s} (A) = {\ dfrac {\ sum _ {n \ în A} {\ dfrac {1} {n ^ {s}}}} {{\ underset {n \ in \ mathbb {N} ^ {*}} {\ sum}} {\ dfrac {1} {n ^ {s}}}}}}
Densitatea zeta (de la numele funcției zeta ) este apoi definită de . De fapt, coincide cu densitatea logaritmică.
∑nu∈NU∗1nus{\ displaystyle {\ underset {n \ in \ mathbb {N} ^ {*}} {\ sum}} {\ dfrac {1} {n ^ {s}}}}lims→1Ds(LA){\ displaystyle \ lim _ {s \ rightarrow 1} D_ {s} (A)}
Densitatea relativă și densitatea analitică
În special în studiul seturilor de numere prime, suntem conduși să definim densitatea naturală relativă aLA(inclus în ) ca limită (când n se apropie de infinit) a coeficientului (numărul de elemente ale lui A ≤ n ) / (numărul de elemente ale lui ≤ n ). În dovada teoremei progresiei aritmetice , Dirichlet a definit o densitate mai precisă, densitatea analitică a lui A , prin formula:
P{\ displaystyle \ mathbb {P}}P{\ displaystyle \ mathbb {P}}
D(LA)=lims→1∑p∈LAp-s-ln(s-1){\ displaystyle {\ text {D}} (A) = \ lim _ {s \ rightarrow 1} {\ frac {\ sum _ {p \ in A} p ^ {- s}} {- \ ln (s- 1)}}}(care fuzionează cu densitatea naturală atunci când aceasta din urmă există).
Exemplu numeric
Desemnând după numărul prim al rangului k , deducem din faptul că densitatea multiplilor lui a este egală cu 1 / a , următorul tabel:pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
|
Densitatea numerelor întregi
divizibil cu pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
Densitatea numerelor întregi
nu este divizibil cu pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
Densitatea numerelor întregi
nu este divizibil cu , ..,p1{\ displaystyle p_ {1}}pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
Densitatea numerelor întregi divizibile
prin cel puțin o primă între șip1{\ displaystyle p_ {1}}pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
k
|
pk{\ displaystyle p_ {k}}
|
1/pk{\ displaystyle 1 / p_ {k}}
|
1-1/pk{\ displaystyle 1-1 / p_ {k}}
|
∏eu=1k(1-1peu){\ displaystyle \ prod _ {i = 1} ^ {k} \ left (1 - {\ frac {1} {p_ {i}}} \ right)}
|
1-∏eu=1k(1-1peu){\ displaystyle 1- \ prod _ {i = 1} ^ {k} \ left (1 - {\ frac {1} {p_ {i}}} \ right)}
|
1
|
2
|
50,0%
|
50,0%
|
50,0%
|
50,0%
|
2
|
3
|
33,3%
|
66,7%
|
33,3%
|
66,7%
|
3
|
5
|
20,0%
|
80,0%
|
26,7%
|
73,3%
|
4
|
7
|
14,3%
|
85,7%
|
22,9%
|
77,1%
|
5
|
11
|
9,1%
|
90,9%
|
20,8%
|
79,2%
|
6
|
13
|
7,7%
|
92,3%
|
19,2%
|
80,8%
|
7
|
17
|
5,9%
|
94,1%
|
18,1%
|
81,9%
|
8
|
19
|
5,3%
|
94,7%
|
17,1%
|
82,9%
|
9
|
23
|
4,3%
|
95,7%
|
16,4%
|
83,6%
|
10
|
29
|
3,4%
|
96,6%
|
15,8%
|
84,2%
|
11
|
31
|
3,2%
|
96,8%
|
15,3%
|
84,7%
|
12
|
37
|
2,7%
|
97,3%
|
14,9%
|
85,1%
|
13
|
41
|
2,4%
|
97,6%
|
14,5%
|
85,5%
|
14
|
43
|
2,3%
|
97,7%
|
14,2%
|
85,8%
|
15
|
47
|
2,1%
|
97,9%
|
13,9%
|
86,1%
|
16
|
53
|
1,9%
|
98,1%
|
13,6%
|
86,4%
|
17
|
59
|
1,7%
|
98,3%
|
13,4%
|
86,6%
|
18
|
61
|
1,6%
|
98,4%
|
13,2%
|
86,8%
|
19
|
67
|
1,5%
|
98,5%
|
13,0%
|
87,0%
|
20
|
71
|
1,4%
|
98,6%
|
12,8%
|
87,2%
|
21
|
73
|
1,4%
|
98,6%
|
12,6%
|
87,4%
|
22
|
79
|
1,3%
|
98,7%
|
12,4%
|
87,6%
|
23
|
83
|
1,2%
|
98,8%
|
12,3%
|
87,7%
|
24
|
89
|
1,1%
|
98,9%
|
12,2%
|
87,8%
|
25
|
97
|
1,0%
|
99,0%
|
12,0%
|
88,0%
|
Acest tabel citește după cum urmează: linia pentru k = 2 arată că, în termeni aproape matematici (aproape pentru că o densitate nu este o probabilitate), se pare că un număr întreg are o „șansă din trei” de a fi divizibil. Nici cu 2, nici cu 3 sau, ceea ce echivalează cu același lucru, „două șanse în 3” de a fi divizibil cu 2 sau cu 3 (sau cu ambele). În termeni comuni, se pare că „doi din trei numere întregi sunt pare sau multipli de 3.”
Și în mod similar, uitându-ne la rezultatul pentru k = 25 ( p = 97 ), se pare că "88% din numere întregi sunt divizibile cu un număr prim mai mic de 100".
Vezi și tu
Link extern
Densitate , articol despre densitatea asimptotică în OEIS .
Note
-
J.P. Delahaye, „ Numărul întreg nu se naște la fel ”, Pour la Science - nr. 421 ,noiembrie 2012( citește online )
-
(ro) Dr. Jörn Steuding, „ Teoria probabilistică a numerelor ” , p. 9
-
Diaconis 1974 , p. 8
-
(în) W. Narkiewicz, Teoria numerelor , Polonia, World Scientific,1983( ISBN 9971-950-13-8 , citit online ) , p 80 și 81
-
(de) H. Davenport , „ Über numeri abundantes ” , Preuss. Akad. Wiss. Sitzungsber. , vol. 27,1933, p. 830-837.
-
(în) Mark Deléglise , " Bounds for the density of abundant integers " , Experimental Mathematics , vol. 7, n o 21998, p. 137-143 ( citește online ).
-
Diaconis 1974 , p. 2
-
A. Fuchs și G. Letta, „ Prima problemă de cifră zecimală pentru numerele prime ”, The Foata Festschrift. Electron, J. Combin. 3, nr. 2 ,1996( citește online )
-
Vizualizare (în) Andrew Granville și Greg Martin , „ Prime number races ” , American Mathematical Monthly , vol. 113,2006, p. 1–33 ( JSTOR 27641834 , citiți online )
Referințe
-
(fr) Acest articol este preluat parțial sau în întregime din articolul Wikipedia din limba engleză intitulat „ Densitate naturală ” ( vezi lista autorilor ) .
- (ro) Persi Diaconis , medii slabe și puternice în probabilitate și teoria numerelor , Universitatea Harvard, col. „Teza”,1974( citește online )
- (ro) Melvyn Nathanson , Metode elementare în teoria numerelor , Springer-Verlag , col. „ GTM ”,2000( ISBN 0387989129 , zbMATH 0953.11002 , citit online )
- (de) HH Ostmann , Additive Zahlentheorie I , Berlin-Göttingen-Heidelberg, Springer-Verlag, col. " Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete (en) " ( n o 7),1956( zbMATH 0072.03101 )
- (ro) Jörn Steuding, „ Teoria probabilistică a numerelor ”
- Gérald Tenenbaum , Introducere în teoria numerelor analitice și probabilistice , Paris, Belin,2012
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">