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素數 Zeta 函式


PrimeZeta

素數 zeta 函式

 P(s)=sum_(p)1/(p^s),
(1)

其中求和針對 素數,是 黎曼 zeta 函式 的推廣

 zeta(s)=sum_(k=1)^infty1/(k^s),
(2)

其中求和針對所有正整數。換句話說,素數 zeta 函式 P(s) 在正實軸上方示出,其中虛部用黃色表示,實部用紅色表示。(與 Fröberg 圖中出現的符號差異可能是由於 ln(-1) 使用了不同的約定所致。)

對於此函式使用了各種術語和符號。術語“素數 zeta 函式”和符號 P(s) 由 Fröberg (1968) 使用,而 Cohen (2000) 使用符號 S_s

sigma>1 時,該級數絕對收斂,其中 s=sigma+it,可以解析延拓到條帶 0<sigma<=1 (Fröberg 1968),但由於 黎曼 zeta 函式臨界線 t=1/2 上的非平凡零點導致奇點沿 虛軸 聚集,因此無法延拓到直線 sigma=0 之外 (Landau and Walfisz 1920, Fröberg 1968)。

如上左圖所示(其中 實部 用紅色表示,虛部 用黃色表示),該函式在實軸上對於 s=1/k 具有奇點,其中 k 遍歷所有無平方因子的正整數。對於 s 接近 1,P(s) 具有以下展開式

 P(1+epsilon)=-lnepsilon+C+O(epsilon),
(3)

其中 epsilon>0

C=sum_(n=2)^(infty)(mu(n))/nlnzeta(n)
(4)
=-0.315718452...
(5)

(OEIS A143524),其中 mu(k)莫比烏斯函式,而 zeta(n)黎曼 zeta 函式 (Fröberg 1968)。

PrimeZetaFunctionIm

素數 zeta 函式在上面針對 R[s]=1/2R[s]=1 繪製 (Fröberg 1968)。

PrimeZetaReIm
PrimeZetaContours

素數 zeta 函式在上面在複平面中示出。

素數 zeta 函式可以用 黎曼 zeta 函式 表示為

ln[zeta(s)]=-sum_(p>=2)ln(1-p^(-s))
(6)
=sum_(p>=2)sum_(k=1)^(infty)(p^(-ks))/k
(7)
=sum_(k=1)^(infty)1/ksum_(p>=2)p^(-ks)
(8)
=sum_(k=1)^(infty)(P(ks))/k.
(9)

反轉後得到

 P(s)=sum_(k=1)^infty(mu(k))/kln[zeta(ks)]
(10)

(Glaisher 1891, Fröberg 1968, Cohen 2000)。

素數 zeta 函式在 Wolfram 語言 中實現為PrimeZetaP[s]。

合數 c_n狄利克雷生成函式 由下式給出

sum_(n=1)^(infty)1/(c_n^s)=1/(4^s)+1/(6^s)+1/(8^s)+1/(9^s)+...
(11)
=zeta(s)-1-P(s).
(12)

P(1)調和級數 的類似物,發散,但對於 n>1 的級數收斂是二次的。然而,從 P(1) 的和中刪除初始項(並將 尤拉-馬歇羅尼常數 gamma 新增到結果中)得到簡單的 梅爾滕斯常數

B_1=gamma-sum_(n=2)^(infty)(P(n))/n
(13)
=gamma+sum_(m=2)^(infty)(mu(m))/mln[zeta(m)]
(14)
=0.2614972128...
(15)

(OEIS A077761)。

阿廷常數 C_(Artin)P(n) 透過下式關聯

 lnC_(Artin)=-sum_(n=2)^infty((L_n-1)P(n))/n,
(16)

其中 L_n盧卡斯數 (Ribenboim 1998, Gourdon and Sebah)。

下表給出了前幾個整數 n (從 2 開始)的 P(n) 值。Merrifield (1881) 計算了 P(n)n 高達 35 位到 15 位數字的值,Liénard (1948) 計算了 P(n) 在高達 n=167 位到 50 位數字的值 (Ribenboim 1996)。Gourdon 和 Sebah 給出了 2<=n<=8 高達 60 位數字的值。

nOEISP(n)
2A0855480.452247
3A0855410.174763
4A0859640.0769931
5A0859650.035755
6A0859660.0170701
7A0859670.00828383
8A0859680.00406141
9A0859690.00200447
100.000993604
PrimeZetaRoots

根據 Fröberg (1968) 的說法,關於根 P(s) 知之甚少。上面的圖顯示了複平面一部分中零點的位置(左圖)以及零實部(紅色)和虛部(藍色)的等值線,根以黑點表示(右圖)。


另請參閱

阿廷常數, 調和級數, 莫比烏斯函式, 素數和, 黎曼 Zeta 函式, Zeta 函式

使用 探索

參考文獻

Cohen, H. "High Precision Computation of Hardy-Littlewood Constants." Preprint. http://www.math.u-bordeaux.fr/~cohen/hardylw.dvi.Cohen, H. Advanced Topics in Computational Number Theory. New York: Springer-Verlag, 2000.Dahlquist, G. "On the Analytic Continuation of Eulerian Products." Arkiv för Math. 1, 533-554, 1951.Davis, H. T. Tables of the Higher Mathematical Functions, Vol. 2. Bloomington, IN: Principia Press, p. 249, 1933.Fröberg, C.-E. "On the Prime Zeta Function." BIT 8, 187-202, 1968.Glaisher, J. W. L. "On the Sums of Inverse Powers of the Prime Numbers." Quart. J. Math. 25, 347-362, 1891.Gourdon, X. and Sebah, P. "Some Constants from Number Theory." http://numbers.computation.free.fr/Constants/Miscellaneous/constantsNumTheory.html.Hardy, G. H. and Wright, E. M. An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Oxford University Press, pp. 355-356, 1979.Haselgrove, C. B. and Miller, J. C. P. "Tables of the Riemann Zeta Function." Royal Society Mathematical Tables, Vol. 6. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 58, 1960.Landau, E. and Walfisz, A. "Über die Nichfortsetzbarkeit einiger durch Dirichletsche Reihen definierter Funktionen." Rend. Circ. Math. Palermo 44, 82-86, 1920.Liénard, R. Tables fondamentales à 50 décimales des sommes S_n, u_n, Sigma_n. Paris: Centre de Docum. Univ., 1948.Merrifield, C. W. "The Sums of the Series of Reciprocals of the Prime Numbers and of Their Powers." Proc. Roy. Soc. London 33, 4-10, 1881.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.Ribenboim, P. The New Book of Prime Number Records. New York: Springer-Verlag, 1996.Sloane, N. J. A. Sequences A077761, A085541, A085548, A085964, A085965, A085966, A085967, A085968, A085969, and A143524 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

在 中被引用

素數 Zeta 函式

請引用為

Weisstein, Eric W. “素數 Zeta 函式。” 來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/PrimeZetaFunction.html

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