będzie pierwszą funkcją Czebyszewa, a

będzie drugą funkcją Czebyszewa (gdzie oznacza funkcję von Mangoldta). Można wykazać, że twierdzenie o liczbach pierwszych jest równoważne granicom

oraz

Funkcja Mertensa Przez oznaczmy funkcję Mertensa, daną jako

gdzie oznacza funkcję Möbiusa.

Twierdzenie o liczbach pierwszych jest równoważne relacji

Funkcja Liouville’a Niech

będzie funkcją sumującą funkcję Liouville’a (równą dla o rozkładzie ).

PNT jest równoważne granicy

Dowód

Dowód w oparciu o funkcję zeta Klasyczny dowód analityczny twierdzenia o liczbach pierwszych przeprowadza się korzystając z własności funkcji zeta Riemanna. Poniższy dowód pochodzi z wykładu Terence'a Tao z analitycznej teorii liczb.

Twierdzenie o liczbach pierwszych jest równoważne granicy

dla będącej drugą funkcją Czebyszewa. Zdefiniujmy funkcję jako zbieżny szereg

na półpłaszczyźnie oraz jako jej przedłużenie analityczne na reszcie płaszczyzny zespolonej. Funkcja ma iloczyn Eulera

,

gdzie oznacza iloczyn po wszystkich liczbach pierwszych. Stąd

,

gdzie jest funkcją Möbiusa. Funkcja ma pochodną równą

,

zbieżną na . Stąd, korzystając ze splotu Dirichleta, możemy zapisać

,

gdzie to funkcja von Mangoldta. Aby obliczyć sumę cząstkową , skorzystamy ze wzoru Perrona.