Đến nội dung

madness

madness

Đăng ký: 26-12-2004
Offline Đăng nhập: Riêng tư
***--

#138758 Analytic Number Theory - 1a

Gửi bởi madness trong 19-12-2006 - 21:14

0. Introduction:
(To be updated)

What is Analytic Number Theory (ANT) ?
- Number Theory is concerned with the properties of Z and N, e.g. "Every positive integer is the sum of four squares".
- Some results are best tackled by using analysis, these problems often involve approximations, e.g. "roughly" how many prime numbers are there below x (Prime Number Theorem).
- But sometimes there is no obvious reason why real or complex analysis comes to the stage.

----------------

Examples of elegant results that are stated in a discrete / algebraic manner but can be proved using analytic methods:
Every positive integer can be written as a sum of 4 sqaures, or 9 cubes, or 19 4th powers, etc. [proved 1986, answering a problem of Waring, 1770]
The sequence of promes contains arbitrarily long arithmetic progressions (e.g. 7, 37, 67, 97, 127, 157 has length 6) [proved 2004]
The ring {a + b \sqrt{14}} is a Euclidean Domain [proved 2004]
Every number beyond 10^1347 is a sum of 3 primes (Goldbach, in 1742, asked if every odd number at least 7 is a sum of 3 primes --> lots of numerical checking are left)

----------------

Many hallmarks of "elementary" analytic number theory are concerned with arithmetic functions (to be defined later) and prime numbers.

----------------

A first big question that we shall address is about how fast \pi(x) grows with x, where \pi(x) := # {p \leq x : p is prime}.

Euclid's Theorem: There are infinitely many primes.
Proof: elementary.

Some numerical calculation:
\pi (10^8) = 5,761,455
\pi (10^12) = 37,607,912,018
\pi (10^16) = 279,238,341,033,925

With these 10th powers:
\pi(x) / x = 0.057... , 0.037... , 0.027... (seems to decrease, but how fast ?)
1 / log(x) = 0.054..., 0.036... , 0.027...

Question: is it true that \pi(x) / x ~ log(x) , that is, \pi(x) ~ x / log(x) ?

Prime Number Theorem [Hadamard, de la Vallee Poussin, 1896]:
\pi(x) ~ x / log(x) as x --> \inf (infinity)

(Definition: f(x) ~ g(x) with g(x)>0, iff(def) f(x)/g(x) --> 1 as x --> \inf)

----------------

Tables show that the detailed distribution of primes is very erratic. Lots of pairs of primes differ by 2.

Open Problem: Are there infinitely many "Prime Twins" p, p+2 (i.e. p and p+2 are both primes) ?

There are also large gaps between the primes:
e.g. N! + 2 , N! + 3, ... , N! + N are all composite numbers for N > 1.

Open Problem (stated in a vague way): Roughly how large is the largest gap between consecutive primes p \leq N ?


#18917 Lời xin lỗi của một nhà toán học

Gửi bởi madness trong 13-05-2005 - 03:00

18
(madness dịch)
Tôi phải quay lại bài giảng ở Oxford, và khảo sát kỹ lưỡng hơn những vấn đề mà tôi đã hoãn lại từ chương 6. Cho tới giờ, rõ ràng là tôi yêu thích toán học như một bộ môn nghệ thuật đầy tính sáng tạo. Nhưng còn những câu hỏi khác cần được xem xét, cụ thể như ìtính thiết thực” (hay sự vô dụng) của toán học mà chúng ta còn băn khoăn nhiều về nó. Chúng ta cũng phải suy ngẫm xem toán học có thực sự ìvô hại” như tôi đã giả định trong bài giảng ở Oxford hay không.

Một môn khoa học ngay nghệ thuật có thể được cho là ìcó ích” nếu sự phát triển của nó làm tăng, thậm chí trực tiếp, tiện nghi và vật chất của con người, hay làm tăng niềm hạnh phúc, ở đây hạnh phúc được hiểu theo nghĩa thông thường của nó. Vì thế, y học và sinh lý học là có ích vì chúng làm giảm sự đau đớn, và công việc của các kỹ sư là có ích vì nó giúp chúng ta xây nhà và cầu, do đó làm tăng chất lượng cuộc sống (nghề kỹ sư cũng gây hại nhưng đây không phải là câu hỏi hiện tại). Một phần của toán học cũng có ích theo nghĩa này; các kỹ sư không thể tiến hành công việc mà không có một lượng kiến thức toán học nhất định, và toán học bắt đầu có những ứng dụng ngay cả trong sinh lý học. Vì thế chúng ta có một cơ sở để bảo vệ cho toán học; nó có thể không là tốt nhất, hoặc thậm chí không phải là một điểm mạnh, nhưng nó là điều mà chúng ta phải xem xét. Nhiệm vụ ìcao cả” của toán học - cái mà nó có chung với tất cả các môn nghệ thuật sáng tạo – sẽ không liên quan tới sự nghiên cứu của chúng ta. Toán học, giống như thi ca hay âm nhạc, có thể ìphát triển và duy trì một trạng thái tột độ về trí tuệ”, và do đó làm tăng niềm hạnh phúc của các nhà toán học và ngay cả của những người khác; nhưng lập luận trên cơ sở này đơn thuần chỉ là làm rõ hơn những gì tôi đã nói. Cái mà chúng ta cần xem xét bây giờ chính là tính thực tiễn ìđơn thuần” của toán học.

Tất cả những điều này đều có vẻ rất rõ ràng, nhưng vẫn còn nhiều nhầm lẫn ở đây, vì những ngành ìcó ích” nhất thường chỉ là những ngành vô ích cho phần lớn trong chúng ta để học. Đúng là cần có một số lượng cần thiết những nhà sinh lý học và những kĩ sư; nhưng sinh lí học và khoa công trình không phải là những môn học có ích cho người bình thường (mặc dù những môn học đó có thể được bảo vệ bằng các luận điểm khác). Về phần tôi, tôi chưa bao giờ cảm thấy bất cứ kiến thức khoa học nào khác ngoài toán thuần túy đã cho tôi một lợi ích nhỏ nhất nào.

Thật ngạc nhiên khi biết rằng các giá trị thực tiễn mà kiến thức khoa học đem lại cho người bình thường nhỏ bé thế nào, rằng những kiến thức có giá trị lại đần độn và tầm thường thế nào, và rằng giá trị của chúng có vẻ hầu như tỷ lệ nghịch với tính thiết thực nổi tiếng của chúng. Những thao tác nhanh về các phép tính số học thông thường (và đó đương nhiên là toán thuần túy) có thể có ích. Tương tự đối với một ít khả năng về ngôn ngữ - tiếng Pháp hoặc tiếng Đức, một ít kiến thức về địa lý, hoặc có thể là kinh tế. Nhưng hóa học, vật lý, hoặc sinh lý học không có một chút giá trị nào trong cuộc sống thường ngày. Chúng ta biết rằng khí đốt sẽ cháy mà không cần biết cấu tạo của chúng; khi xe hư chúng ta có thể đưa ra tiệm sửa chữa; và khi dạ dày bị rối loạn, chúng ta tới bác sĩ hoặc tiệm thuốc. Chúng ta sống nhờ những quy luật nhất định hoặc dựa trên những kiến thức chuyên môn của những người khác.

Tuy nhiên, đây chỉ là một vấn đề phụ, một vấn đề sư phạm, đáng quan tam đối với các ông hiệu trưởng hay khuyên các bậc cha mẹ một cách ầm ĩ về một nền giáo dục ìcó ích” cho con của họ. Tuy nhiên chúng ta không tính nói, khi chúng ta nói sinh lý học là có ích, rằng đa số phải học sinh lý học, mà rằng sự phát triển của sinh lý học do một số các chuyên gia sẽ giúp đỡ những người còn lại. Những câu hỏi quan trọng đối với chúng ta bây giờ là, toán học có thể khẳng định những lợi ích về mặt này đến bao xa, những ngành toán học nào có thể khẳng định một cách mạnh mẽ nhất, và những ngành toán chuyên sâu nhất, mà có thể hiểu được bởi các nhà toán học, có thể được bảo vệ chỉ dựa trên lý lẽ này.