Для фильтрации простых используется решето Эратосфена. На выходе оператора Эратосфена (так назовем этот бесконечный процесс) будет получен, опять же, бесконечный ряд простых чисел.
Давно известна недоказанная оценка для числа близнецов
![$\pi_2 (N)>\frac N {\ln^2 N} $ $\pi_2 (N)>\frac N {\ln^2 N} $](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/d/1/9d19623260f81c2e87d324e19c33a09a82.png)
.
Не знаю кому как, мне здесь видится применение оператора Эратосфена дважды.
Покажем как решето Эратосфена применяется для оценки числа близнецов в просеянном ряду. Применим к натуральному ряду оператор разности. Получим ряд
![$a_{i+1}=1$ $a_{i+1}=1$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/6/7/b67c7cc8028f31a7aa80d85e219d1a7b82.png)
, где
![$i \in (1,\infty)$ $i \in (1,\infty)$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/a/9/a/a9a6b9ee999a369d32e75127b30588df82.png)
. Индексы этого ряда начинаются с двойки. Будем применять решето Эратосфена к индексам. После каждого просеиванивания индексы уже не будем переопределять. В результате полного просеивания получится ряд разностей у которых индексы будут простыми числами.
Проиллюстрируем процесс.
![$ \begin {array} {c} 1_2 $ 1_3 $ 1_4 $ 1_5 $ 1_6 $ 1_7 $ 1_8 $ 1_9 $ 1_{10} $ 1_{11} $ 1_{12} $ 1_{13} $ 1_{14} $ 1_{15} $ 1_{16} $ 1_{17} $ 1_{18} $ 1_{19} $ 1_{20} $ 1_{21} $ 1_{22} $ 1_{23} $ 1_{24} $ 1_{25} \end {array}$ $ \begin {array} {c} 1_2 $ 1_3 $ 1_4 $ 1_5 $ 1_6 $ 1_7 $ 1_8 $ 1_9 $ 1_{10} $ 1_{11} $ 1_{12} $ 1_{13} $ 1_{14} $ 1_{15} $ 1_{16} $ 1_{17} $ 1_{18} $ 1_{19} $ 1_{20} $ 1_{21} $ 1_{22} $ 1_{23} $ 1_{24} $ 1_{25} \end {array}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/3/4/6/34644f83cb8ef3b7e779ecb5d789be0182.png)
.
Так как элементы ряда суть разности, а просеиваться будут только индексы, то разность ставшую безиндексной прибавим к ближайшей соседке слева.
Просеивание от 4.
![$ \begin {array} {c} 1_2 $ 2_3 $ 2_5 $ 2_7 $ 2_9 $ 2_{11} $ 2_{13} $ 2_{15} $ 2_{17} $ 2_{19} $ 2_{21} $ 2_{23} $ 2_{25} \end {array}$ $ \begin {array} {c} 1_2 $ 2_3 $ 2_5 $ 2_7 $ 2_9 $ 2_{11} $ 2_{13} $ 2_{15} $ 2_{17} $ 2_{19} $ 2_{21} $ 2_{23} $ 2_{25} \end {array}$](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/9/f/f/9ff9cbdf825b04e246c5fc138c193df082.png)
. Как известно, очередное просеивание начинается с очередного квадрата простого числа.
Просеивание от 9.
![$ \begin {array} {c} 1_2 $ 2_3 $ 2_5 $ 4_7 $ 2_{11} $ 4_{13} $ 2_{17} $ 4_{19} $ 2_{23} $ 2_{25} \end {array}$ $ \begin {array} {c} 1_2 $ 2_3 $ 2_5 $ 4_7 $ 2_{11} $ 4_{13} $ 2_{17} $ 4_{19} $ 2_{23} $ 2_{25} \end {array}$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/f/8/4/f8450a47e5d3381d5ec4c193004882e782.png)
.
Рассматривая результат просеивания от 4 и от 9 мы можем заключить, плотность двоек и меньших разностей, среди простых, равная
![$\frac 6 9$ $\frac 6 9$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/c/0/8c04ab1cdbe43208cb5630ddaa81e37f82.png)
не меньше плотности простых среди 25 первых натуральных
![$ \frac 9 {25}$ $ \frac 9 {25}$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/e/0/a/e0ab4446120adabb4014821581625f6b82.png)
.
В общем случае нужно рассматривать просеивание начиная с
![$p^2_i$ $p^2_i$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/6/a/8/6a81611df8956fa1a0da8a8a37bcae4a82.png)
. В натуральном ряду в интервале сравнения
![$[p^2_i,p^2_{i+1})$ $[p^2_i,p^2_{i+1})$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/8/8/7/887c74b4b4212289f078bb54e1af161a82.png)
и в индексном ряду удаления производятся в одних и тех же позициях. В соответсвующем интервале индексного ряда удаление хоть и в тех же местах, но двойка исчезает(превращается в большую разность) только в случае если она левая соседка удаляемой. Таким образом,для всех интервалов плотность двоек в простых не меньше плотности простых в натуральных. Для каждого интервала сравнения выполняется
![$ \frac {\pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1}))} {\pi([p^2_i,p^2_{i+1}))} > \frac {\pi([p^2_i,p^2_{i+1}))} {p^2_{i+1}-p^2_i} $ $ \frac {\pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1}))} {\pi([p^2_i,p^2_{i+1}))} > \frac {\pi([p^2_i,p^2_{i+1}))} {p^2_{i+1}-p^2_i} $](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/5/d/a/5da47e13edb17cef54fbc2caad5d1fd282.png)
Для доказательства оценки приведем неравенства к виду
![$ \pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1})) > \frac {\pi^2 ([p^2_i,p^2_{i+1}))} {p^2_{i+1}-p^2_i} $ $ \pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1})) > \frac {\pi^2 ([p^2_i,p^2_{i+1}))} {p^2_{i+1}-p^2_i} $](https://dxdy-02.korotkov.co.uk/f/1/4/a/14a570f018add6b8b32bead05ebb701782.png)
и подставим в правую часть неравенства оценку для простых чисел
![$\pi(N)> \frac N {\ln{(N)}}$ $\pi(N)> \frac N {\ln{(N)}}$](https://dxdy-03.korotkov.co.uk/f/2/6/c/26ca8d39c9e01d0ecfe0fd22a72287b382.png)
получим
![$\pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1})) >\frac {(p^2_{i+1}-p^2_i)} {\ln{(p^2_i)}}$ $\pi_2 ([p^2_i,p^2_{i+1})) >\frac {(p^2_{i+1}-p^2_i)} {\ln{(p^2_i)}}$](https://dxdy-01.korotkov.co.uk/f/0/7/b/07bf8ffb0bedb189e0e09adbc0bcea6582.png)
.
Суммируя по всем интервалам, окончательно получаем для числа простых близнецов
Таким образом справедливо
![$\blacksquare$ $\blacksquare$](https://dxdy-04.korotkov.co.uk/f/b/c/f/bcf9035465fb0a2d380bb9fc8c9d254582.png)
С уважением,