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芒戈爾特函式


MangoldtFunction

芒戈爾特函式是由以下定義的函式

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

有時也稱為 lambda 函式。 exp(Lambda(n)) 具有顯式表示

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

其中 LCM(a,b,...) 表示 最小公倍數。 上圖繪製了 exp(Lambda(n)) 對於 n=1, 2, ... 的前幾個值,它們是 1, 2, 3, 2, 5, 1, 7, 2, ... (OEIS A014963)。

芒戈爾特函式在 Wolfram 語言中實現為MangoldtLambda[n]。

它滿足除數和

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)莫比烏斯函式 (Hardy and Wright 1979, p. 254)。

芒戈爾特函式與黎曼 zeta 函式 zeta(z) 相關,關係如下

 -(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

總和芒戈爾特函式(如上圖所示)定義為

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

其中 Lambda(n) 是芒戈爾特函式,也稱為第二切比雪夫函式 (Edwards 2001, p. 51)。 psi(x) 由所謂的顯式公式給出

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

對於 x>1x 不是素數素數冪 (Edwards 2001, pp. 49, 51, 和 53),且求和是對黎曼 zeta 函式 zeta(s) 的所有非平凡零點 rho 進行的,即那些在臨界帶中的零點,使得 0<R[rho]<1 (Montgomery 2001),並解釋為

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

瓦萊-普桑版本的素數定理指出

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

對於某個 a (Davenport 1980, Vardi 1991)。 素數定理等價於以下陳述

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

x->infty 時 (Dusart 1999)。

馮·芒戈爾特在黎曼論文發表 30 年後證明了他的公式,黎曼的論文包含一個相關的公式,啟發了馮·芒戈爾特的公式。馮·芒戈爾特的公式隨後被用於證明等價形式的素數定理

 psi(x)∼x.
(13)

黎曼猜想等價於

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

(Davenport 1980, p. 114; Vardi 1991)。

Vardi (1991, p. 155) 還給出了有趣的公式

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

其中 |_x_|向下取整函式n!階乘


另請參閱

Bombieri 定理, 切比雪夫函式, 顯式公式, 最大素因子, Landau 公式, Lambda 函式, 最小公倍數, 最小素因子, 黎曼函式

使用 探索

參考文獻

Costa Pereira, N. "切比雪夫函式 psi(x)-theta(x) 的估計." Math. Comput. 44, 211-221, 1985.Costa Pereira, N. "勘誤: 切比雪夫函式 psi(x)-theta(x) 的估計." Math. Comput. 48, 447, 1987.Costa Pereira, N. "切比雪夫函式 psi(x) 和 莫比烏斯函式 M(x) 的初等估計." Acta Arith. 52, 307-337, 1989.Davenport, H. 乘法數論,第二版 New York: Springer-Verlag, p. 104, 1980.Dusart, P. " , , 和素數的顯式不等式。" C. R. Math. Rep. Acad. Sci. Canad 21, 53-59, 1999.Edwards, H. M. "馮·芒戈爾特公式 psi(x) 的推導。" §3.2 in 黎曼 Zeta 函式。 New York: Dover, pp. 50-54, 2001.Hardy, G. H. 拉馬努金:關於他的生活和工作所啟發的科目的十二講,第三版 New York: Chelsea, p. 28, 1999.Hardy, G. H. and Wright, E. M. 數論導論,第五版 Oxford, England: Clarendon Press, 1979.Havil, J. Gamma: 探索尤拉常數。 Princeton, NJ: Princeton University Press, p. 109, 2003.Krantz, S. G. "Lambda 函式" 和 "Zeta 函式與 Lambda 函式的關係。" §13.2.10 and 13.2.11 in 復變數手冊。 Boston, MA: Birkhäuser, p. 161, 1999.Montgomery, H. L. "解析數論中的調和分析。" In 二十世紀調和分析——慶典。2000 年 7 月 2-15 日在伊爾喬科舉行的北約高階研究所會議記錄 (Ed. J. S. Byrnes). Dordrecht, Netherlands: Kluwer, pp. 271-293, 2001.Rosser, J. B. and Schoenfeld, L. "切比雪夫函式 theta(x)psi(x) 的更清晰的界限。" Math. Comput. 29, 243-269, 1975.Schoenfeld, L. "切比雪夫函式 theta(x)psi(x) 的更清晰的界限。II." Math. Comput. 30, 337-360, 1976.Sloane, N. J. A. 整數序列線上百科全書中的序列 A014963Vardi, I. Mathematica 中的計算娛樂。 Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 146-147, 152-153, and 249, 1991.

在 中引用

芒戈爾特函式

請引用為

Weisstein, Eric W. "芒戈爾特函式。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/MangoldtFunction.html

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