Доказательство бесконечности простых чисел близнецов.
03.05.2021 г.
Обозначения:

- простое число, где

– порядковый номер числа в ряду простых чисел.

- наибольшее простое число, квадрат которого не превосходит

.

- мультипликативная функция, значение которой равно* количеству пар близнецов (натуральных чисел с разницей

), не превышающих

и в которых оба числа взаимно простые с

("пары, взаимно простых с

"). Для каждого простого числа

функция

, кроме простого числа

, для которого

.
Функция

позволяет удалить два вычета из кольца вычетов простого числа.
В данном рассмотрении производится проверка пар натуральных чисел на выполнение сравнения:

(где

- натуральные числа от

до

) и удаление таких пар из числа пар, взаимно простых с

, т.е. подразумевается удаление двух остатков:

.
Доказательство:Используя функцию

и свойство ее мултипликативности, можно составить функцию для примориала:

Функция

определяет количество пар, взаимно простых с примориалом

.
Действительное число пар простых-близнецов в примориале

и функцию

можно увязать соотношением:

в котором действительный коэффициент

показывает, в какой пропорции уменьшится число пар, взаимно простых с примориалом

, за счет пар, в которых одно из чисел кратно простым от

до

(пары, кратных простым от

до

");

- число пар простых-близнецов до

.
Точный расчет коэффициента

на практике сопряжен с большими трудностями, связанными с точным подсчетом числа вхождений простых от

до

в примориал

. Для очень больших примориалов задача практически невыполнимая.
Но за то, можно определить
теоретические границы коэффициента 
:
A.
Теоретическая верхняя граница
Наступает в случае отсутствия простых на интервале от

до

. Хотя примером такого примориала может служить примориал

, в котором

, но при дальнейшем увеличении примориалов такая ситуация повториться не может (математиками доказаны значительно меньшие интервалы, на которых присутствуют простые числа). Поэтому

является теоретической верхней границей рассматриваемого коэффициента.
B. Для определения
теоретической нижней границы коэффициента 
введем
допущение:
На интервале от
до
все нечетные числа - простые числа.Допущение предполагает равномерность распределения чисел от

до

, поэтому
для случая "B" можно записать:

Для наглядности можно развернуть (4):
В выражении (5) число в первой скобке, домноженное на

, соответствует

, т.е. числу пар, взаимно простых с примориалом.
Число во второй скобке, домноженное на

, соответствует числу пар, в которых хотя бы одно число кратно простым числам от

до

.
Перепишем (4):
Откуда видно, что:
После сокращения общих членов в числителе и знаменателе получаем:

(в (8) все числа числителя, кроме первого, сокращаются с числами знаменателя, кроме последнего).
Полученное в (8) значение

является
нижней теоретической границей рассматриваемого коэффициента. Действительно, в реальности такое распределение простых чисел на интервале от

до

не возможно (например, каждое третье число кратно

, каждое пятое

и т.д.), поэтому исчезновение любого числа из ряда, описанного в допущении (т.е. приведению к реальности и появлению интервалов, больших

) повлечет к уменьшению числа слагаемых в правой скобке (5) (или исчезновению дробей, меньших единицы в (8) ) и соответственно, увеличению коэффициента

по сравнению с

.
Полученная нижняя теоретическая граница

позволяет определить и
нижнюю теоретическую границу количества пар простых-близнецов в примориале 
:

С учетом вышесказанного:

Так как

, то:

Начиная с

, число:

и монотонно возрастает, следовательно, можно записать, что начиная с

, с учетом неравенств (10)... (12):

Неравенство (13) утверждает, что каким бы ни было количество пар простых-близнецов до

, в примориале

всегда существует, как минимум

пара простых-близнецов, превышающих

. (14)
Т.к. простые числа бесконечны, а соответственно, бесконечны примориалы, то с учетом вывода (14) доказано, что
простые-близнецы бесконечны.*Примечание 1: функция

всегда дает одно лишнее значение, независимо от числа

.