A matematikában a Csebisev-függvény a Csebisevről elnevezett két függvény egyike. Az első Csebisev-függvény a ϑ(x) vagy θ(x) definíciója

ahol az összegzés az x-nél nem nagyobb prímekre megy.

A második Csebisev-függvény definíciója hasonló, de az összegzés az összes x-nél nem nagyobb prímhatványt magában foglalja:

ahol a von Mangoldt-függvény. A Csebisev-függvények, különösen a ψ(x) második Csebisev-függvény gyakran hasznosnak bizonyulnak a prímekhez kapcsolódó problémákban, mivel egyszerűbb velük számolni, mint a prímszámláló π(x) függvénnyel.

Mindkettő aszimptotikus x-hez, ami a prímszámtétellel ekvivalens.

Kapcsolatuk A második Csebisev-függvény kifejezhető, mint

ahol k az az egész, amire pk ≤ x, és x < pk+1. A k értékek sorozata . A következő egy még közvetlenebb kapcsolatot fejez ki:

Jegyezzük meg, hogy ez utóbbi összegben véges sok tag kivételével mindegyik nulla:

A második Csebisev-függvény az 1-től n-ig terjedő egészek legkisebb közös többszörösének logaritmusa:

Az n függvényében a    sorozat az sorozat.

Aszimptotika és korlátok A következő képletekben a pk a k-adik pozitív prímet jelöli. A Csebisev-függvényre a következő korlátok ismertek:

-re

k ≥ 198-ra,

minden x ≥ 10,544,111-re,

minden x ≥ exp(22)-re,

minden -re.

Továbbá, a Riemann-hipotézis teljesülése esetén

minden -ra.

Mindkét függvényre ismertek felső korlátok is, így

minden -ra. Az 1,03883 magyarázatát az adja meg.

Egzakt képletek 1895-ben Hans Carl Friedrich von Mangoldt explicit kifejezte a függvényt a Riemann-féle zéta-függvény nem triviális gyökeinek összegeként:

ahol ζ'(0)/ζ(0) értéke log(2π), befutja a zéta-függvény nem triviális gyökeit, és ψ0 éppen a ψ, kivéve, hogy átugorja annak szakadási helyeit a prímhatványoknál, és ezeken a helyeken a két határérték számtani közepét veszi fel:

A logaritmus Taylor-sora szerint az utolsó tag tekinthető, mint összege a Riemann-féle zéta-függvény triviális gyökei, a negatív egészek fölött:

Hasonlóan, az első tag x = x1/1 megfelel a Riemann-féle zéta-függvény elsőrendű pólusának az 1 helyen. Mivel nem gyök, hanem pólus, azért negatív előjellel szerepel az összegben.

Tulajdonságok Erhard Schmidt egy tétele szerint egy rögzített pozitív egész K-ra végtelen sok olyan x létezik, amire

és végtelen sok x, hogy

A kis ordo jelöléssel

Hardy és Littlewood eredménye erősebb:

Kapcsolat a primoriálokkal Az első Csebisev-függvény x primoriáljának logaritmusa, amit x# jelöl:

Ez bizonyítja, hogy az x# primoriál aszimptotikusan egyenlő exp((1+o(1))x)-szel, ahol "o" a kis ordo jelölés, és a prímszámtétellel együtt bizonyítja pn# aszimptotikus viselkedését.

Kapcsolat a prímszámláló függvénnyel A Csebisev-függvények kapcsolatba hozhatók a prímszámláló függvénnyel. Legyen

Ekkor

Az áttérés -ről -reó a következő egyenlettel lehetséges:

Mivel , azért a legutóbbi reláció írható, mint

A Riemann-hipotézis A Riemann-hipotézis szerint a Riemann-féle zéta-függvény nem triviális gyökeinek valós része 1/2. Ekkor , és megmutatható, hogy

A fentiek szerint ebből következik, hogy

Alain Connes és társai úgy próbálták igazolni a hipotézist, hogy deriválták a von Mangoldt-formulát x szerint, ahol x = exp(u). A Hamilton-operátor exponenciálisának nyom képletét véve

ahol a trigonometrikus összeg tekinthető az operátor nyomának, ami csak akkor igaz, ha

A H = T + V hatványának félklasszikus megközelítésével:

ahol Z(u) → 0 as u → ∞. A egy megoldása ennek a nemlineáris integrálegyenletnek, a

hatvány inverzének a kiszámításával.

Simító függvény A simító függvény definíciója

Belátható, hogy

Variációszámítás A Csebisev-függvény az x = exp(t) helyen minimalizálja az

funkcionált, így

c > 0 -ra.

Jegyzetek

Források Apostol, Tom M. (1976), Introduction to analytic number theory, Undergraduate Texts in Mathematics, New York-Heidelberg: Springer-Verlag,

Riemann's Explicit Formula

Fordítás

Kategória:Számelmélet