素数公式

2025-06-03 20:55:59 世界杯经典歌曲

利用高斯符號

[

x

]

{\displaystyle [x]}

,可以建立一些第n个素数的表达式:

Mills公式

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第一个带高斯函数的素数公式由W. H. Mills在1947年构造。他证明了存在实数A使得数列

[

A

3

n

]

{\displaystyle [A^{3^{n}}\;]}

中的每个数都是素数。最小的A称为米爾斯常數,如果黎曼猜想成立,它的值大約為:

A

1.30637788386308069046

{\displaystyle A\approx 1.30637788386308069046\ldots }

( A051021)。

这个素数公式并没有什么实际价值,因为人们对A的性质所知甚少,甚至不知道A是否為有理数。而且,除了用素数值逼近外,没有其他计算A的方法。

威尔逊定理的利用

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使用威尔逊定理,可以建立一些其他的素数公式。以下的公式也没有什么实际价值,大多数的素性测试都比它远为有效。

我们定义

π

(

m

)

=

j

=

2

m

sin

2

(

π

j

(

j

1

)

!

2

)

sin

2

(

π

j

)

{\displaystyle \pi (m)=\sum _{j=2}^{m}{\frac {\sin ^{2}({\pi \over j}(j-1)!^{2})}{\sin ^{2}({\pi \over j})}}}

或者

π

(

m

)

=

j

=

2

m

[

(

j

1

)

!

+

1

j

[

(

j

1

)

!

j

]

]

.

{\displaystyle \pi (m)=\sum _{j=2}^{m}\left[{(j-1)!+1 \over j}-\left[{(j-1)! \over j}\right]\right].}

这两种定义是等价的。π(m)就是小于m的素数个数。于是,我们可以定义第n个素数如下:

p

n

=

1

+

m

=

1

2

n

[

[

n

1

+

π

(

m

)

]

1

n

]

.

{\displaystyle p_{n}=1+\sum _{m=1}^{2^{n}}\left\lbrack \left\lbrack {n \over 1+\pi (m)}\right\rbrack ^{1 \over n}\right\rbrack .}

另一个用高斯函数的例子

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这个例子没有用到阶乘和威尔逊定理,但也大量应用了高斯函数(S. M. Ruiz 2000)。首先定义:

π

(

k

)

=

k

1

+

j

=

2

k

[

2

j

(

1

+

s

=

1

[

j

]

(

[

j

1

s

]

[

j

s

]

)

)

]

{\displaystyle \pi (k)=k-1+\sum _{j=2}^{k}\left\lbrack {2 \over j}\left(1+\sum _{s=1}^{\left\lbrack {\sqrt {j}}\right\rbrack }\left(\left\lbrack {j-1 \over s}\right\rbrack -\left\lbrack {j \over s}\right\rbrack \right)\right)\right\rbrack }

然后就有第n个素数的表达式:

p

n

=

1

+

k

=

1

2

(

[

n

ln

(

n

)

]

+

1

)

(

1

[

π

(

k

)

n

]

)

.

{\displaystyle p_{n}=1+\sum _{k=1}^{2(\lbrack n\ln(n)\rbrack +1)}\left(1-\left\lbrack {\pi (k) \over n}\right\rbrack \right).}