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素数计数函数


PrimeCounting函数

素数计数函数是π(x)给出了素数小于或等于给定数字x个(Shanks 1993年,第15页)。例如,没有素数<=1,所以pi(1)=0.只有一个质数(2)<=2,所以pi(2)=1.有两个素数(2和3)<=3,所以pi(3)=2等等。

符号π(n)因为素数计数函数有点不幸,因为它什么都没有与常数有关pi=3.1415。。。这个符号是由数学家引入的埃德蒙·兰道(Edmund Landau)于1909年问世,现在已成为标准。用德比郡的话说(2004年,第38页),“对此我很抱歉;这不是我的错。你只需要忍受吧。”

出租p_n号表示n个第个素数,p_n号是一个右反转属于π(n)自从

 pi(pn)=n
(1)

为所有人正整数此外,

 p_(pi(n))=n
(2)

若(iff) n个是一个素数.

的前几个值π(n)对于n=1, 2, ... 是0、1、2、2、3、3、4、4、5、5、6、6、,…(OEIS)A000720号). 这个沃尔夫拉姆语言为数字提供素数计数功能的命令x个PrimePi公司[x个],其最大值为x约8×10^(13).

符号pi_(a,b)(x)用于表示模素数计数函数,即素数 表单的 ak+b小于或等于x个(Shanks,1993年,第21-22页)。

下表给出了π(n)10的幂(OEISA006880型),扩展其他印刷表格(例如,Hardy和Wright 1979,第4页;Shanks1993年,第242-243页;Ribenboim 1996,第237页;德比郡2004年,第35页)。请注意圆周率(10^9)错误计算为50847478梅赛尔(1885),第56次(哈维尔2003,第171页),哈代和赖特(1979)和哈代(1999)引用的结果,有时(错误地)称为贝塔尔森数. The的值π(10^(20))来自Deleglise and Rivat(1996),以及π(10^(21))由X.Gourdon于10月27日报道,2000.Oliveira e Silva和X.Gourdon独立计算了π(10^(22))π(10^(23)),但在古尔登的计算中发现了一个错误。给定的值π(10^(23))由Tomás Oliveira e Silva计算,他使用一组硬件和程序参数(pers.comm。,2008年4月7日)。(的值π(x)由Oliveira e Silva和X.Gourdon独立计算已经同意所有10到10的权力10^(22).)π(10^(25))由Büthe(2014)计算,圆周率(10^(26))Staple于2014年(Staple 2015)π(10^(27))D.Baugh和K.Walisch(2015)使用这个素数快速素数计数函数实现(Walisch)。

n个π(10^n)参考
14古代
225L.Pisano(1202;贝勒)
168F.van Schooten(1657;贝勒)
41229F.van Schooten(1657年;贝勒)
59592T.Brancker(1668;Beiler)
678498A.Felkel(1785;Beiler)
7664579J.P.公司。库利克(1867;贝勒)
85761455梅塞尔(1871;修正)
950847534梅塞尔(1886;修正)
10455052511莱默(1959年;修正)
114118054813波曼(1972;修正)
1237607912018
13346065536839
143204941750802Lagarias等人(1985年)
1529844570422669Lagarias等人(1985年)
16279238341033925Lagarias等人(1985年)
172623557157654233M.Deleglise和J.Rivat(1994)
1824739954287740860Deleglise和Rivat(1996)
19234057667276344607M.Deleglise(六月1996年9月19日)
202220819602560918840M.Deleglise(六月19, 1996)
2121127269486018731928π(x)项目(2000年12月)
22201467286689315906290P.Demichel和X.Gourdon(2001年2月)
231925320391606803968923T.奥利维拉e Silva(通讯社,2008年4月7日)
2418435599767349200867866普拉特
25176846309399143769411680Büthe(2014)
261699246750872437141327603史泰博(2015)
2716352460426841680446427399D.Baugh和K.Walisch(2015)

数论是的渐近形式π(n)作为n个变大。这是由首要的数论,其中指出

 π(n)~李(n),
(3)

哪里李(x)对数积分∼渐进表示.这种关系是高斯在1792年(当时他15岁)首次提出的,尽管直到1849年给约翰·恩克的一封信才被披露,直到1863年才出版(高斯1863; 哈维尔2003年,第176-177页)。

PrimeCounting函数

下表比较了素数计数函数π(x),黎曼素数计数函数 R(x)、和对数积分 李(x)10的幂,即。,x=10立方英寸上面绘制了相应的差异小的x个.注意,Hardy(1999年,第26页)为x=10 ^9不正确。在下表中,【x】表示最近的整数函数类似的表格比较π(10^n)李(10^n)由Borwein和Bailey(2003年,第65页)提供。

斯隆A057794号A057752号
n个[圆周率(10^n)-R(10^n)][pi(10^n)-Li(10^n)]
11-2个
21-5
0-10个
42-17
5-5-38
629-130
788-339
897-754
9-79-1701
10-1828-3104
11-2318-11588
12-1476-38263
13-5773-108971
14-19200-314890
1573218-1052619
16327052-3214632
17-598255-7956589
18-3501366-21949555
1923884333-99877775
20-4891825-222744644个
21-86432204-597394254
22-127132665-1932355208

素数计数函数可以表示为勒让德公式,莱默公式,Mapes公司方法,或迈塞尔公式.简史尝试计算的次数π(n)由Berndt(1994)给出。采用下表来自Riesel(1994),其中O(x)渐进表示.

方法时间复杂性存储复杂性
拉加里亚斯·米勒-奥德利斯科O(x^(2/3+ε))O(x^(1/3+ε))
拉加里亚斯·奥德利斯科1O(x^(3/5+ε))O(xε)
拉加里亚斯·奥德利兹科2O(x^(1/2+ε))O(x^(1/4+ε))
勒让德公式O(x)O(x^(1/2))
莱默O(x/(lnx)^4)O(x^(1/3)/lnx)
Mapes方法O(x^(0.7))O(x^(0.7))
梅塞尔O(x/(lnx)^3)O(x^(1/2)/lnx)
PrimePiHarmonic公司

上述洛克·恩斯特(Locker-Enst,1959年;Panaitopol,1999年;Havil,2003年,第179-180页)的近似公式如下所示:

 pi(n)约为n/(hn),
(4)

哪里hn(小时)谐波数 H_n(H_n)通过h_n=h_n-3/2。此公式在 大约2的实际值50<=n<=1000。其中的值pi(n)-n/hn>0是1、109、113、114、199、200、201。。。(组织环境信息系统A051046号). Panaitopol(1999)表明数量对所有人都是正数n> =1429.

的上限π(n)由提供

 π(n)<(1.25506n)/(lnn)
(5)

对于n> 1个,下限为

 n/(lnn)<π(n)
(6)

对于n> =17(Rosser和Schoenfeld,1962年)。

哈代和赖特(1979年,第414页)给出了公式

 π(n)=-1+和(j=3)^n[(j-2)!-j|_((j-2!)/j|]
(7)

对于n> 3个,哪里|_x个_|楼层功能.

素数计数函数的修改版本如下所示

 p复合的pi0(p)={pi(p);p素数的pi(p)-1/2
(8)
 pi_0(p)=总和(n=1)^系数(mu(x)f(x^(1/n))/n,
(9)

哪里亩(n)莫比乌斯函数f(x)黎曼素数计数函数.

拉马努扬也表明

 (dpi(x))/(dx)~1/(xlnx)总和_(n=1)^infty(mu(n))/nx^(1/n),
(10)

哪里亩(n)莫比乌斯函数(伯恩特1994年,第117页;哈维尔2003年,第199页)。

最小的x个使得x> =npi(x)对于n=2,3。。。是2、27、96、330、1008。。。(组织环境信息系统A038625型),和相应的π(x)是1、9、24、66、168、437。。。(组织环境信息系统A038626号).解决方案的数量x=npi(x)对于n=2, 3, ... 是4、3、3、6、7、6。。。(组织环境信息系统A038627美元).

Ramanujan表明,对于足够大的x个,

 π^2(x)<(ex)/(lnx)π(x/e)。
(11)

这适用于x=6,9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, ... (组织环境信息系统A091886号).已知最大的首要的其中不等式失败是38358837677(伯恩特1994年,第112-113页)。相关不等式

 [li(x)]^2<(ex)/(lnx)li(x/e)
(12)

哪里

 li(x)=整数0^x(dt)/(lnt),
(13)

适用于x> =2418数量也不小(Berndt 1994,第114页)。


另请参见

贝塔尔森数,切比雪夫定理,等倍体,勒让德的常量,勒让德公式,莱默·舒尔方法,对数积分,Mapes公司方法,模块素数计数函数,素数算术级数,底漆编号,素数定理,黎曼素数计数函数 探索数学世界课堂上的这个主题

相关Wolfram站点

http://functions.wolfram.com/NumberTheoryFunctions/PrimePi/

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Baugh,D.和Walisch,K.“新确认的π(1027)素数计数函数记录”https://www.mersenneforum.org/showthread.php?t=20473.2015年9月6日。A.H.贝勒。娱乐《数论:数学女王的娱乐》。纽约:多佛,第218页,1966年。伯恩特,B.C。拉马努扬的笔记本,第四部分。纽约:Springer-Verlag,第134-135页,1994年。布克,A.“第N个主页。”http://primes.utm.edu/nthprime/.博温,素数和Zeta函数数学实验:21世纪的合理推理。马萨诸塞州韦尔斯利:AK Peters,第63-72页,2003年。布伦特,R.P。“不规则在素数和双素数的分布中。"数学。计算。 29,43-56, 1975.Büthe,J.“一种实用的计算分析方法π(x)二、。“2014年10月26日。http://arxiv.org/abs/1410.7008.考德威尔,C.“有多少个素数?”http://primes.utm.edu/howmany.shtml网站.解除管制,M.和Rivat,J.“计算π(x):Meissel、Lehmer、Lagarias、Miller、Odlyzko方法。"数学。计算。 651996年,第235-245页。J.德比郡。底漆迷恋:伯恩哈德·里曼和数学中最伟大的未解决问题。纽约:企鹅出版社,2004年。芬奇,S.R。“Hardy-Littlewood常数。”§2.1英寸数学常量。英国剑桥:剑桥大学出版社,第84-94页,2003《福布斯》,T.“Primek个-元组。"http://anthony.dforbes.googlepages.com/ktuplets.htm.高斯,成本加运费。沃克,Teil I乐队10。第10页,1863年。古尔登,X。“新记录π(x)的计算,x=10^21。”2000年10月27日。http://listserv.nodak.edu/scripts/wa.exe?A2=ind0010&L=nmbrthry&P=2988.吉亚苏,S.“质数在一开始的分布有规律吗正整数序列的?"数学。美格。 68, 110-121,1995G.H.哈代。拉马努扬:关于他的生活和工作所建议主题的十二讲,第三版。纽约:切尔西,1999年。G.H.哈代。和Wright,E.M。数字理论导论,第5版。英国牛津:克拉伦登出版社,1979年。哈维尔,J。伽马射线:探索欧拉常数。新泽西州普林斯顿:普林斯顿大学出版社,第164-188页,2003Lagarias,J。;米勒,V.S。;和Odlyzko,A.“计算π(x):梅塞尔-莱默方法。"数学。计算。 44, 537-560, 1985.拉加里亚斯,J.和Odlyzko,A.“计算π(x):分析方法。"J.算法 8,173-191, 1987.Locker-Enst,L.“Bemerkungüber die Verteilung德尔·普里姆扎赫伦。"元素数学。(巴塞尔) 14, 1-5, 1959.枫树,直流。“计算小于给定素数的快速方法限制。"数学。计算。 17, 179-185, 1963.梅塞尔,电气工程师。F、。“你一定是Primzahlmenge的Bestimmung der innerhalb gegebener格伦岑。"数学。安。 2,636-6421870年。E.D.梅塞尔。F、。“Berechnung der Menge von Primzahlen,welche innerhalb der ersten Milliardenaturlicher Zahlen vorkommen公司。"数学。安。 25, 251-257, 1885.纳格尔,T.“功能π(x)第16条引言数字理论。纽约:Wiley,第54-57页,1951年。帕纳托波尔,L.“几个近似值π(x)."数学。伊内克。申请。 2, 317-324, 1999.普拉特,D.“计算π(x)分析。“出现在数学。计算。里本鲍姆,第页。这个素数记录新书,第三版。纽约:Springer-Verlag,1996年。里塞尔,H.“以下素数x个."底漆因式分解的数字和计算机方法,第2版。马萨诸塞州波士顿:Birkhäuser,1994年,第10-12页。罗瑟,J.B。和Schoenfeld,L.“近似值一些素数函数的公式。"伊利诺伊州J.数学。 6,64-97, 1962.Séroul,R.“函数pi(x个).“§8.7英寸编程对于数学家来说。柏林:Springer-Verlag,第175-1812000页。浅色,J。http://www.math.uwaterloo.ca网站/~shallit/bib/pi.bib.柄,D。解决了的《数论中未解决的问题》,第四版。纽约:切尔西,1993年。斯隆,新泽西州。答:。序列A000720号/M0256,A006880型/M3608中,A038625型,A038626号,A038627号,A052434号,A052435号,A057752号,A057794号,A091886号在线百科全书整数序列的。"斯台普,D.B。“组合计算算法π(x)."https://arxiv.org/abs/1503.01839.2015年5月28日。瓦尔迪,I。计算型数学娱乐。马萨诸塞州雷丁:Addison-Wesley,第74-76页,1991Walisch,K.“快速素数计数函数实现”https://github.com/kimwalisch/primecount网站.沃尔夫,M.“素数分布中的意外规律”网址:http://www.ift.uni.wroc.pl/~m沃尔夫/.

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素数计数函数

引用如下:

埃里克·魏斯坦(Eric W.Weisstein)。“素数计数函数。”发件人数学世界--Wolfram Web资源。https://mathworld.wolfram.com/PrimeCountingFunction.html

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