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芒戈尔特函数


MangoldtFunction

芒戈尔特函数是由以下定义的函数

 Lambda(n)={lnp   if n=p^k for p a prime; 0   otherwise,
(1)

有时也称为 lambda 函数。 exp(Lambda(n)) 具有显式表示

 e^(Lambda(n))=(LCM(1,2,...,n))/(LCM(1,2,...,n-1)),
(2)

其中 LCM(a,b,...) 表示 最小公倍数。 上图绘制了 exp(Lambda(n)) 对于 n=1, 2, ... 的前几个值,它们是 1, 2, 3, 2, 5, 1, 7, 2, ... (OEIS A014963)。

芒戈尔特函数在 Wolfram 语言中实现为MangoldtLambda[n]。

它满足除数和

sum_(d|n)mu(n/d)lnd=Lambda(n)
(3)
sum_(d|n)Lambda(d)=lnn
(4)
sum_(d|n)mu(d)lnd=-Lambda(n)
(5)
sum_(d|n)mu(n/d)Lambda(d)=-mu(n)lnn,
(6)

其中 mu(n)莫比乌斯函数 (Hardy and Wright 1979, p. 254)。

芒戈尔特函数与黎曼 zeta 函数 zeta(z) 相关,关系如下

 -(zeta^'(s))/(zeta(s))=sum_(n=1)^infty(Lambda(n))/(n^s),
(7)

其中 R[s]>1 (Hardy 1999, p. 28; Krantz 1999, p. 161; Edwards 2001, p. 50)。

MangoldtSummatory

总和芒戈尔特函数(如上图所示)定义为

 psi(x)=sum_(n<=x)Lambda(n),
(8)

其中 Lambda(n) 是芒戈尔特函数,也称为第二切比雪夫函数 (Edwards 2001, p. 51)。 psi(x) 由所谓的显式公式给出

 psi(x)=x-sum_(rho)(x^rho)/rho-ln(2pi)-1/2ln(1-x^(-2))
(9)

对于 x>1x 不是素数素数幂 (Edwards 2001, pp. 49, 51, 和 53),且求和是对黎曼 zeta 函数 zeta(s) 的所有非平凡零点 rho 进行的,即那些在临界带中的零点,使得 0<R[rho]<1 (Montgomery 2001),并解释为

 lim_(t->infty)sum_(|I(rho)|<t)(x^rho)/rho.
(10)

瓦莱-普桑版本的素数定理指出

 psi(x)=x+O(xe^(-asqrt(lnx)))
(11)

对于某个 a (Davenport 1980, Vardi 1991)。 素数定理等价于以下陈述

 psi(x)=x+o(x)
(12)

x->infty 时 (Dusart 1999)。

冯·芒戈尔特在黎曼论文发表 30 年后证明了他的公式,黎曼的论文包含一个相关的公式,启发了冯·芒戈尔特的公式。冯·芒戈尔特的公式随后被用于证明等价形式的素数定理

 psi(x)∼x.
(13)

黎曼猜想等价于

 psi(x)=x+O(sqrt(x)(lnx)^2)
(14)

(Davenport 1980, p. 114; Vardi 1991)。

Vardi (1991, p. 155) 还给出了有趣的公式

 ln(|_x_|!)=psi(x)+psi(1/2x)+psi(1/3x)+...,
(15)

其中 |_x_|向下取整函数n!阶乘


另请参阅

Bombieri 定理, 切比雪夫函数, 显式公式, 最大素因子, Landau 公式, Lambda 函数, 最小公倍数, 最小素因子, 黎曼函数

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参考文献

Costa Pereira, N. "切比雪夫函数 psi(x)-theta(x) 的估计." Math. Comput. 44, 211-221, 1985.Costa Pereira, N. "勘误: 切比雪夫函数 psi(x)-theta(x) 的估计." Math. Comput. 48, 447, 1987.Costa Pereira, N. "切比雪夫函数 psi(x) 和 莫比乌斯函数 M(x) 的初等估计." Acta Arith. 52, 307-337, 1989.Davenport, H. 乘法数论,第二版 New York: Springer-Verlag, p. 104, 1980.Dusart, P. " , , 和素数的显式不等式。" C. R. Math. Rep. Acad. Sci. Canad 21, 53-59, 1999.Edwards, H. M. "冯·芒戈尔特公式 psi(x) 的推导。" §3.2 in 黎曼 Zeta 函数。 New York: Dover, pp. 50-54, 2001.Hardy, G. H. 拉马努金:关于他的生活和工作所启发的科目的十二讲,第三版 New York: Chelsea, p. 28, 1999.Hardy, G. H. and Wright, E. M. 数论导论,第五版 Oxford, England: Clarendon Press, 1979.Havil, J. Gamma: 探索欧拉常数。 Princeton, NJ: Princeton University Press, p. 109, 2003.Krantz, S. G. "Lambda 函数" 和 "Zeta 函数与 Lambda 函数的关系。" §13.2.10 and 13.2.11 in 复变量手册。 Boston, MA: Birkhäuser, p. 161, 1999.Montgomery, H. L. "解析数论中的调和分析。" In 二十世纪调和分析——庆典。2000 年 7 月 2-15 日在伊尔乔科举行的北约高级研究所会议记录 (Ed. J. S. Byrnes). Dordrecht, Netherlands: Kluwer, pp. 271-293, 2001.Rosser, J. B. and Schoenfeld, L. "切比雪夫函数 theta(x)psi(x) 的更清晰的界限。" Math. Comput. 29, 243-269, 1975.Schoenfeld, L. "切比雪夫函数 theta(x)psi(x) 的更清晰的界限。II." Math. Comput. 30, 337-360, 1976.Sloane, N. J. A. 整数序列在线百科全书中的序列 A014963Vardi, I. Mathematica 中的计算娱乐。 Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 146-147, 152-153, and 249, 1991.

在 Wolfram|Alpha 中引用

芒戈尔特函数

请引用为

Weisstein, Eric W. "芒戈尔特函数。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/MangoldtFunction.html

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