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素数乘积


素数的乘积

 p_n#=product_(k=1)^np_k,
(1)

其中 p_n 为第 n 个素数,被称为原始阶乘函数,类似于阶乘函数。它的对数与切比雪夫函数 theta(x) 密切相关。

所有素数的zeta 正则化乘积由下式给出

p_infty#=product_(k=1)^^^inftyp_k
(2)
=4pi^2
(3)

(Muñoz Garcia 和 Pérez-Marco 2003, 2008),回答了 Soulé等人 (1992, p. 101) 提出的问题。推导过程通过素数 zeta 函数的代数运算得出,并给出了更一般的结果

 product_(k=1)^^^inftyp_k^s=(2pi)^(2s)
(4)

 product_(k=1)^^^infty(p_k^s-1)=((2pi)^(2s))/(zeta(s))
(5)

(Muñoz Garcia 和 Pérez-Marco 2003)。

梅尔滕斯定理指出

 lim_(n->infty)1/(lnp_n)product_(k=1)^n1/(1-1/(p_k))=e^gamma,
(6)

其中 gamma欧拉-马歇罗尼常数,一个密切相关的结果由下式给出

 lim_(n->infty)lnp_nproduct_(k=1)^n1/(1+1/(p_k))=(pi^2)/(6e^gamma).
(7)

存在令人惊叹的素数无穷乘积公式,由下式给出

 product_(k=1)^infty(p_k^2+1)/(p_k^2-1)=5/2.
(8)

(Ramanujan 1913-1914; Le Lionnais 1983, p. 46) 和

 product_(k=1)^infty(1+1/(p_k^2))=(15)/(pi^2)=1.519817...
(9)

(OEIS A082020; Ramanujan 1913-1914)。

更一般的公式由下式给出

 product_(k=1)^infty(1+1/(p_k^s))=(zeta(s))/(zeta(2s)),
(10)

其中 zeta(s)黎曼 zeta 函数,并通过欧拉乘积

 product_(k=1)^infty(1-1/(p_k^s))=1/(zeta(s)).
(11)

命名的素数乘积包括 Barban's 常数

C_(Barban)=product_(p)[1+(3p^2-1)/(p(p+1)(p^2-1))]
(12)
=2.596536...
(13)

(OEIS A175640), Feller-Tornier 常数

C_(Feller-Tornier)=1/2+1/2product_(n=1)^(infty)(1-2/(p_n^2))
(14)
=0.6613170494...
(15)

(OEIS A065493), Heath-Brown-Moroz 常数

C_(Heath-Brown-Moroz)=product_(p)(1-1/p)^7(1+(7p+1)/(p^2))
(16)
=0.00131764115...
(17)

(OEIS A118228), Murata's 常数

C_(Murata)=product_(p)[1+1/((p-1)^2)]
(18)
=2.82641999...
(19)

(OEIS A065485), 二次类数常数

Q=product_(p)[1-1/(p^2(p+1))]
(20)
=0.88151383972...
(21)

(OEIS A065465), Sarnak's 常数

C_(Sarnak)=product_(p>=3)(1-(p+2)/(p^3))
(22)
=0.7236484022...
(23)

(OEIS A065476), 和 Taniguchi's 常数

C_(Taniguchi)=product_(p)[1-3/(p^3)+2/(p^4)+1/(p^5)-1/(p^6)]
(24)
=0.6782344...
(25)

(OEIS A175639), 其中乘积是对素数 p 取的。

定义数论特征 chi(p)

 chi(p)={+1   if p=1 (mod 4); -1   if p=3 (mod 4),
(26)

product_(k=2)^(infty)[1+(chi(p_k))/(p_k)]=product_(k=2)^(infty)(1-1/(p_k^2))/(1-(chi(p_k))/(p_k))
(27)
=(4/3product_(k=1)^(infty)1-1/(p_k^2))/(product_(k=2)^(infty)1-(chi(p_k))/(p_k))
(28)
=4/3[zeta(2)]^(-1)L(chi,1)
(29)
=8/(pi^2)pi/4
(30)
=2/pi
(31)
=0.636619...
(32)

(OEIS A060294; Oakes 2003)。类似地,

product_(k=2)^(infty)[1-(chi(p_k))/(p_k)]=4/pi
(33)
=1.273239...
(34)

(Oakes 2004)。这等价于欧拉的公式

pi/2=product_(n=1)^(infty)[1+(sin(1/2pip_n))/(p_n)]^(-1)
(35)
=product_(n=2)^(infty)[1+((-1)^((p_n-1)/2))/(p_n)]^(-1)
(36)

(Blatner 1997)。

Q_2(n) 为连续数 (k,k+1) 的数量,其中 k<=n 使得 kk+1 都是无平方数。则 Q_2(n)/n 的渐近线由下式给出

 product_(n=1)^infty(1-2/(p_n^2))=0.3226340989...
(37)

(OEIS A065474), 其中 p_n 是第 n 个素数。


另请参阅

Artin 常数, 切比雪夫函数, 欧拉乘积, Feller-Tornier 常数, Heath-Brown-Moroz 常数, 无穷乘积, 梅尔滕斯定理, Murata 常数, 素数星座, 素数公式, 素数, 素数和, 原始阶乘, 原始阶乘素数, 二次类数常数, Sarnak 常数, Stephens' 常数, 总计求和函数, 双生素数常数

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参考文献

Blatner, D. The Joy of Pi. New York: Walker, p. 110, 1997.Grosswald, E. "Some Number Theoretical Products." Rev. Columbiana Mat. 21, 231-242, 1987.Guy, R. K. "Products Taken over Primes." §B87 in Unsolved Problems in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, pp. 102-103, 1994.Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, p. 46, 1983.Muñoz García, E. and Pérez Marco, R. "The Product Over All Primes is 4pi^2." Preprint IHES/M/03/34. May 2003. http://inc.web.ihes.fr/prepub/PREPRINTS/M03/Resu/resu-M03-34.html.Muñoz García, E. and Pérez Marco, R. "The Product Over All Primes is 4pi^2." Commun. Math. Phys. 277, 69-81, 2008.Niklasch, G. "Some Number-Theoretical Constants Arising as Products of Rational Functions of p over the Primes." http://www.gn-50uma.de/alula/essays/Moree/Moree.en.shtml.Oakes, M. "Re: [PrimeNumbers] pi=(2/1) (3/2) (5/6) (7/6) (11/10) (13/14) (17/18) (19/18)...." Dec. 21, 2003. http://groups.yahoo.com/group/primenumbers/message/14257.Oakes, M. "Re: primes and pi." Jan. 29, 2004. http://groups.yahoo.com/group/primenumbers/message/14486.Ramanujan, S. "Modular Equations and Approximations to pi." Quart. J. Pure. Appl. Math. 45, 350-372, 1913-1914.Sloane, N. J. A. Sequences A065465, A065474, A065485, A065493, A082020, A118228, A175639, and A175640 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Soulé, C.; Abramovich, D.; Burnois, J. F.; and Kramer, J. Lectures on Arakelov Geometry. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1992.Uchiyama, S. "On Some Products Involving Primes." Proc. Amer. Math. Soc. 28, 629-630, 1971.

在 Wolfram|Alpha 上引用

素数乘积

请引用为

Weisstein, Eric W. “素数乘积。” 来自 MathWorld——Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/PrimeProducts.html

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