Проблема простых чисел-близнецов.
Способ доказательства бесконечности количества некоторых видов простых чисел
Греческий ученый Евклид еще в ІІІ веке до нашей єры доказал, что количество простых чисел- бесконечено.
Теорема Дирихле утверждает, что в некоторой арифметической прогрессии, которая состоит с натуральных чисел, количество простых чисел, или 0, или 1, или или бесконечность. Это значит, если
, тогда значения многочлена первой степени будут простыми числами при замене бесконечного количества целых чисел.
Уже о многочленах второй и о большей степени этого нельзя было сказать. Ниже мы рассмотрим способ, с помощью которого можно решить часть этих проблем.
Рассмотрим многочлен
который при значениях
от 1 до
, дает бесконечный ряд натуральных чисел
(1)
А также рассмотрим ряд простых чисел
(2)
некоторого типа, о котором известно, что он бесконечен.
Пусть простые числа (2) делят числа (1) и некоторые числа (2) совпадают с некоторыми числами (1). Применяя способ решета Эратосфена, мы увидим, что каждое простое число
c (2) выбивает с ряда чисел (1)
часть, а на все остальные простые числа останется
часть чисел (1).
Если
выбивает
, то
выбьет еще
часть чисел (1)
с тех, что осталась, а вместе они выбьют
часть чисел(1).
Для всех остальных простых чисел останется
часть чисел (1)
Третье простое число
выбьет еще
часть, а вместе они выбьют
часть чисел (1). На все оставшиеся простые числа с (2) останется
часть чисел (1)
Продолжая ми получим, что простые числа
выбивают
(3)
часть чисел (1) , а на оставшиеся простые числа останется
(4)
часть чисел (1)
Используем тот факт, что простые числа от 2 до
выбивают все сложные числа в интервале от
до
.
Пусть
наибольшее простое число с (2) совпадающее с
последовательности (1). Для того чтобы выяснить, есть ли еще простые числа в последовательности (1) больше за
достаточно формулу (4) умножить на число
-количество чисел (1) на промежутке от
до
. И если
(5)
значит, там еще есть простые числа больше
и меньше
.
РАССМОТРИМ ПРОБЛЕМУ ПРОСТЫХ ЧИСЕЛ-БЛИЗНЕЦОВ
Пусть многочлен первой степени
,где
,дает простые числа –близнецы. Требуется доказать, что их количество бесконечно. Запишем все пары чисел
,
,
,
,
,
,
(6)
Легко показать, что каждое простое число
выбивает по две пары таких чисел, то есть
часть.
Пусть
(7)
последняя известная нам пара простых чисел-близнецов этого вида. Используя формулы (3) мы увидим, что все простые числа от 2 до
выбивают
(8)
часть чисел (6). А , используя формулу (4) мы получим , что на все остальные простые числа останется
(9)
часть чисел (6).
Для того, чтобы выяснить есть ли еще другие пары простых чисел-близнецов в последовательности (6) больше за (7), достаточно исследовать формулу (9) на промежутке до
.
Если
(10)
где А-количество пар чисел (6) на промежутке от
до
,тогда на этом промежутке есть еще хотя бы одна пара простых чисел-близнецов данного вида
Так как
тогда последнее число вида (7) меньше
, которое будет делиться простыми числами меньшими за
, будет число
С учетом этого формула (10) примет вид
,
где видно, что левая часть больше единицы, а это значит, что количество пар простых чисел-близнецов бесконечно.
Для примера рассмотрим простые числа-близнецы вида
.
Пусть
наибольшая пара таких чисел. Так как числа такого вида нечетные, значит,
не принимает участия. Выражение (10) для данного случая примет вид
Где очевидно, что оно больше единицы, а это значит, что количество пар простых чисел-близнецов вида
бесконечно.
Таким же способом можно рассматривать и более сложные многочлены первой степени. Очень легко доказывается и теорема Чебышева, Гольдбаха-Эйлера, гипотезы Лежандра, Брокадра ипроблема простых чисел в многочленах второй степени.