Гипотеза Линделефа
В математике гипотеза Линделефа — это гипотеза финского математика Эрнста Леонарда Линделефа. [ 1 ] о скорости роста дзета-функции Римана на критической линии. Эта гипотеза вытекает из гипотезы Римана . Он говорит, что для любого ε > 0 поскольку t стремится к бесконечности (см. обозначение большого O ). Поскольку ε можно заменить меньшим значением, гипотезу можно переформулировать следующим образом: для любого ε положительного
Функция μ
[ редактировать ]Если σ действительно , то µ (σ) определяется как нижняя нижняя грань всех действительных чисел a таких, что ζ(σ + iT ) = O( T а ). Легко проверить, что µ (σ) = 0 при σ > 1, а из функционального уравнения дзета-функции следует, что µ (σ) = µ (1 − σ) − σ + 1/2. Из теоремы Фрагмена –Линделёфа следует, что µ — выпуклая функция . Гипотеза Линделефа утверждает, что µ (1/2) = 0, что вместе с указанными выше свойствами µ означает, что µ (σ) равно 0 для σ ≥ 1/2 и 1/2 − σ для σ ≤ 1/2.
Результат Линделёфа о выпуклости вместе с µ (1) = 0 и µ (0) = 1/2 означает, что 0 ⩽ µ (1/2) ⩽ 1/4. Верхняя граница 1/4 была снижена Харди и Литтлвудом до 1/6 путем применения метода Вейля оценки экспоненциальных сумм к приближенному функциональному уравнению . С тех пор несколько авторов снизили его до чуть меньше 1/6, используя длинные и технические доказательства , как показано в следующей таблице:
мкм (1/2) ≤ | мкм (1/2) ≤ | Автор | |
---|---|---|---|
1/4 | 0.25 | Линделёф [ 2 ] | Граница выпуклости |
1/6 | 0.1667 | Харди и Литтлвуд [ 3 ] [ 4 ] | |
163/988 | 0.1650 | Вальфиш 1924 г. [ 5 ] | |
27/164 | 0.1647 | Титчмарш 1932 г. [ 6 ] | |
229/1392 | 0.164512 | Филлипс 1933 г. [ 7 ] | |
0.164511 | Рэнкин 1955 г. [ 8 ] | ||
19/116 | 0.1638 | Титчмарш 1942 г. [ 9 ] | |
15/92 | 0.1631 | Мин. 1949 г. [ 10 ] | |
6/37 | 0.16217 | Ханеке 1962 г. [ 11 ] | |
173/1067 | 0.16214 | Колесник 1973 г. [ 12 ] | |
35/216 | 0.16204 | Колесник 1982 г. [ 13 ] | |
139/858 | 0.16201 | Колесник 1985г. [ 14 ] | |
9/56 | 0.1608 | Бомбьери и Изанец, 1986 г. [ 15 ] | |
32/205 | 0.1561 | Хаксли [ 16 ] | |
53/342 | 0.1550 | Бурген [ 17 ] | |
13/84 | 0.1548 | Бурген [ 18 ] |
Связь с гипотезой Римана
[ редактировать ]Баклунд [ 19 ] (1918–1919) показали, что гипотеза Линделефа эквивалентна следующему утверждению о нулях дзета-функции: для каждого ε > 0 количество нулей с действительной частью не менее 1/2 + ε и мнимой частью между T и T + 1 равно o(log( T )), поскольку T стремится к бесконечности. Гипотеза Римана предполагает, что в этой области вообще нет нулей, и отсюда следует гипотеза Линделёфа. Известно, что число нулей с мнимой частью между T и T + 1 равно O(log( T )), поэтому гипотеза Линделефа кажется лишь немного сильнее того, что уже было доказано, но, несмотря на это, она сопротивлялась всем попыткам чтобы доказать это.
Средства степеней (или моментов) дзета-функции
[ редактировать ]Гипотеза Линделефа эквивалентна утверждению, что для всех натуральных чисел k и всех положительных действительных чисел ε. Это было доказано для k = 1 или 2, но случай k = 3 кажется гораздо более сложным и все еще остается открытой проблемой .
Существует гораздо более точная гипотеза об асимптотическом поведении интеграла : считается, что
для некоторых констант c k , j . Это было доказано Литтлвудом для k = 1 и Хит-Брауном. [ 20 ] для к = 2 (расширяя результат Ingham [ 21 ] кто нашел ведущий термин).
Конри и Гош [ 22 ] предложил значение
для старшего коэффициента, когда k равно 6, а Китинг и Снэйт [ 23 ] использовал теорию случайных матриц , чтобы предложить некоторые гипотезы о значениях коэффициентов для более высоких k . Предполагается, что старшие коэффициенты являются произведением элементарного множителя, некоторого произведения простых чисел и количества n × n, таблиц Юнга заданных последовательностью
Другие последствия
[ редактировать ]Обозначая p n n -е простое число, пусть Результат Альберта Ингэма показывает, что из гипотезы Линделефа следует, что для любого ε > 0 если n достаточно велико .
Гипотеза о простом разрыве, более сильная, чем результат Ингэма, - это гипотеза Крамера , которая утверждает, что [ 24 ] [ 25 ]
Гипотеза плотности
[ редактировать ]
Гипотеза плотности гласит, что , где обозначаем количество нулей из с и , и это следует из гипотезы Линделёфа. [ 27 ] [ 28 ]
В общем, пусть то известно, что эта оценка примерно соответствует асимптотике для простых чисел на коротких интервалах длины . [ 29 ] [ 30 ]
Ингэм показал, что в 1940 году, [ 31 ] Хаксли , что в 1971 году, [ 32 ] и Гут и Мейнард, что в 2024 году (препринт) [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] и они совпадают , поэтому последняя работа Гута и Мейнарда дает наиболее близкое известное значение как и следовало ожидать от гипотезы Римана, и улучшает границу или, что то же самое, асимптотика .
Теоретически Бейкера, Хармана и Пинца улучшения оценок для гипотезы Лежандра и улучшения областей, свободных от нулей Зигеля можно также ожидать .
L-функции
[ редактировать ]Дзета-функция Римана принадлежит к более общему семейству функций, называемых L-функциями . В 2010 году новые методы получения оценок субвыпуклости L-функций в случае PGL (2) были предложены Джозефом Бернштейном и Андре Резниковым. [ 36 ] и в случае GL(1) и GL(2) Акшая Венкатеша и Филиппа Мишеля . [ 37 ] и в 2021 году по делу GL( n ) Пола Нельсона. [ 38 ] [ 39 ]
См. также
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ см. Линделёф (1908)
- ^ Линделеф (1908)
- ^ Харди, GH; Литтлвуд, Дж. Э. (1923). «О гипотезе Линделефа о дзета-функции Римана». Учеб. Р. Сок. А : 403–412.
- ^ Харди, GH; Литтлвуд, Дж. Э. (1916). «Вклад в теорию дзета-функции Римана и теорию распределения простых чисел». Акта Математика . 41 : 119–196. дои : 10.1007/BF02422942 . ISSN 0001-5962 .
- ^ Вальфиш, Арнольд (1924). «Об оценке ζ(½ + it)». Новости Гес. Геттинген, матем.-физ. Класс : 155–158.
- ^ Титчмарш, ЕС (1932). «О методе Ван дер Корпута и дзета-функции Римана (III)». Ежеквартальный математический журнал . ос-3 (1): 133–141. дои : 10.1093/qmath/os-3.1.133 . ISSN 0033-5606 .
- ^ Филлипс, Эрик (1933). «Дзета-функция Римана: дальнейшее развитие метода Ван дер Корпута». Ежеквартальный математический журнал . ос-4 (1): 209–225. дои : 10.1093/qmath/os-4.1.209 . ISSN 0033-5606 .
- ^ Рэнкин, Р.А. (1955). «Метод Ван дер Корпута и теория пар показателей». Ежеквартальный математический журнал . 6 (1): 147–153. дои : 10.1093/qmath/6.1.147 . ISSN 0033-5606 .
- ^ Титчмарш, EC (1942). «Порядка ζ(½+ it )». Ежеквартальный математический журнал . ос-13(1):11–17. дои : 10.1093/qmath/os-13.1.11 . ISSN 0033-5606 .
- ^ Мин, Сы-Хоа (1949). «Порядка 𝜁(1/2+𝑖𝑡)». Труды Американского математического общества . 65 (3): 448–472. дои : 10.1090/S0002-9947-1949-0030996-6 . ISSN 0002-9947 .
- ^ Ханеке, В. (1963). «Ужесточение оценки ξ(½+it)». Acta Arithmetica (на немецком языке). 8 (4): 357–430. дои : 10.4064/aa-8-4-357-430 . ISSN 0065-1036 .
- ^ Колесник, Г. А. (1973). «Об оценке некоторых тригонометрических сумм» . Acta Arithmetica (на русском языке). 25 (1): 7–30. ISSN 0065-1036 . Проверено 5 февраля 2024 г.
- ^ Колесник, Григорий (1 января 1982 г.). «О порядке ζ (1/2+ it ) и ∆( R )». Тихоокеанский математический журнал . 98 (1): 107–122. дои : 10.2140/pjm.1982.98.107 . ISSN 0030-8730 .
- ^ Колесник, Г. (1985). «О методе пар показателей». Акта Арифметика . 45 (2): 115–143. дои : 10.4064/aa-45-2-115-143 .
- ^ Бомбьери, Э.; Иванец, Х. (1986). «Порядка ζ (1/2+ it )». Анналы Scuola Normale Superiore Пизы - Класс естественных наук . 13 (3): 449–472.
- ^ Хаксли (2002) , Хаксли (2005)
- ^ Бургейн (2017)
- ^ Бургейн (2017)
- ^ Баклунд (1918–1919)
- ^ Хит-Браун (1979)
- ^ Ингхэм (1928)
- ^ Конри и Гош (1998)
- ^ Китинг и Снэйт (2000)
- ^ Крамер, Харальд (1936). «О порядке разницы между последовательными простыми числами». Акта Арифметика . 2 (1): 23–46. дои : 10.4064/aa-2-1-23-46 . ISSN 0065-1036 .
- ^ Бэнкс, Уильям; Форд, Кевин; Тао, Теренс (2023). «Большие простые пробелы и вероятностные модели». Математические изобретения . 233 (3): 1471–1518. arXiv : 1908.08613 . дои : 10.1007/s00222-023-01199-0 . ISSN 0020-9910 .
- ^ Трудджиан, Тимоти С.; Ян, Эндрю (2023). «К оптимальным парам показателей». arXiv : 2306.05599 [ math.NT ].
- ^ «25а» . aimath.org . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ «Гипотеза плотности — Математическая энциклопедия» . энциклопедияofmath.org . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ «Новые границы для больших значений полиномов Дирихле, часть 1 — Видео | Институт перспективных исследований» . www.ias.edu . 04.06.2024 . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ «Новые границы для больших значений полиномов Дирихле, часть 2 — Видео | Институт перспективных исследований» . www.ias.edu . 04.06.2024 . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ Ингхэм, AE (1940). «ОБ ОЦЕНКЕ N (σ, T )» . Ежеквартальный математический журнал . ос-11(1): 201–202. дои : 10.1093/qmath/os-11.1.201 . ISSN 0033-5606 .
- ^ Хаксли, Миннесота (1971). «О различии последовательных простых чисел» . Математические изобретения . 15 (2): 164–170. дои : 10.1007/BF01418933 . ISSN 0020-9910 .
- ^ Гут, Ларри; Мейнард, Джеймс (2024). «Новые оценки больших значений полиномов Дирихле». arXiv : 2405.20552 [ math.NT ].
- ^ Бишофф, Манон. «Самая большая проблема математики наконец-то стала на шаг ближе к решению» . Научный американец . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ Цепелевич, Джордана (15 июля 2024 г.). « Сенсационное доказательство дает новое представление о простых числах» . Журнал Кванта . Проверено 16 июля 2024 г.
- ^ Бернштейн, Джозеф; Резников, Андре (05 октября 2010 г.). «Оценки подвыпуклости тройных L-функций и теория представлений» . Анналы математики . 172 (3): 1679–1718. arXiv : math/0608555 . дои : 10.4007/анналы.2010.172.1679 . ISSN 0003-486X . S2CID 14745024 .
- ^ Мишель, Филипп ; Венкатеш, Акшай (2010). «Проблема о подвыпуклости для GL 2 ». Публикации IHÉS по математике . 111 (1): 171–271. arXiv : 0903.3591 . CiteSeerX 10.1.1.750.8950 . дои : 10.1007/s10240-010-0025-8 . S2CID 14155294 .
- ^ Нельсон, Пол Д. (30 сентября 2021 г.). «Границы стандартных $L$-функций». arXiv : 2109.15230 [ math.NT ].
- ^ Хартнетт, Кевин (13 января 2022 г.). «Математики преодолевают препятствия в поисках расшифровки простых чисел» . Журнал Кванта . Проверено 17 февраля 2022 г.
- Баклунд, Р. (1918–1919), «О взаимосвязи между возрастанием и нулями дзета-функции» , Ofversigt Finska Vetensk. Соц. , 61 (9)
- Бурген, Жан (2017), «Развязка, экспоненциальные суммы и дзета-функция Римана», Журнал Американского математического общества , 30 (1): 205–224, arXiv : 1408.5794 , doi : 10.1090/jams/860 , MR 3556291 , S2CID 118064221
- Конри, Дж. Б.; Фермер, Д.В.; Китинг, Джонатан П.; Рубинштейн, Миссури; Снайт, Северная Каролина (2005), «Интегральные моменты L-функций», Труды Лондонского математического общества , Третья серия, 91 (1): 33–104, arXiv : math/0206018 , doi : 10.1112/S0024611504015175 , ISSN 0024-6115 , МР 2149530 , С2КИД 1435033
- Конри, Дж. Б.; Фермер, Д.В.; Китинг, Джонатан П.; Рубинштейн, Миссури; Снайт, Северная Каролина (2008), «Члены низшего порядка в гипотезе полного момента для дзета-функции Римана», Journal of Number Theory , 128 (6): 1516–1554, arXiv : math/0612843 , doi : 10.1016/j.jnt .2007.05.013 , ISSN 0022-314С , МР 2419176 , С2КИД 15922788
- Конри, Дж. Б.; Гош, А. (1998), «Гипотеза о моменте шестой степени дзета-функции Римана», International Mathematics Research Sciences , 1998 (15): 775–780, arXiv : math/9807187 , Bibcode : 1998math... ...7187C , дои : 10.1155/S1073792898000476 , ISSN 1073-7928 , MR 1639551
- Эдвардс, HM (1974), Дзета-функция Римана , Нью-Йорк: Dover Publications , ISBN 978-0-486-41740-0 , МР 0466039 2001 г., репринт ПБК
- Хит-Браун, Д.Р. (1979), «Четвертый степенной момент дзета-функции Римана», Труды Лондонского математического общества , третья серия, 38 (3): 385–422, doi : 10.1112/plms/s3-38.3. 385 , ISSN 0024-6115 , МР 0532980
- Хаксли, Миннесота (2002), «Целые точки, экспоненциальные суммы и дзета-функция Римана», Теория чисел для тысячелетия, II (Урбана, Иллинойс, 2000) , AK Peters , стр. 275–290, MR 1956254
- Хаксли, Миннесота (2005), «Экспоненциальные суммы и дзета-функция Римана. V», Труды Лондонского математического общества , третья серия, 90 (1): 1–41, doi : 10.1112/S0024611504014959 , ISSN 0024-6115 , MR 2107036
- Ингэм, А.Е. (1928), "Теоремы о среднем значении в теории дзета-функции Римана", Proc. Лондонская математика. Соц. , с2-27(1): 273–300, doi : 10.1112/plms/s2-27.1.273
- Ингэм, AE (1940), «Об оценке N (σ, T)», Ежеквартальный журнал математики , вторая серия, 11 (1): 291–292, Бибкод : 1940QJMat..11..201I , doi : 10.1093/qmath/os-11.1.201 , ISSN 0033-5606 , МР 0003649
- Карацуба, Анатолий ; Воронин, Сергей (1992), Дзета-функция Римана , Expositions de Gruyter in Mathematics, vol. 5, Берлин: Вальтер де Грюйтер и компания, ISBN 978-3-11-013170-3 , МР 1183467
- Китинг, Джонатан П.; Снайт, Северная Каролина (2000), «Теория случайных матриц и ζ(1/2+it)», Communications in Mathematical Physics , 214 (1): 57–89, Бибкод : 2000CMaPh.214...57K , CiteSeerX 10.1.1.15 .8362 , дои : 10.1007/s002200000261 , ISSN 0010-3616 , MR 1794265 , S2CID 11095649
- Линделёф, Эрнст (1908), «Некоторые замечания о росте функции ζ(s)» , Bull. наук. Математика. , 32 : 341–356
- Мотохаси, Йыйичи (1995), «Связь между дзета-функцией Римана и гиперболическим лапласианом» , Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa. Научный класс. Серия IV , 22 (2): 299–313, ISSN 0391-173X , MR 1354909.
- Мотохаси, Ёити (1995), «Дзета-функция Римана и неевклидов лапласиан», Sugaku Expositions , 8 (1): 59–87, ISSN 0898-9583 , MR 1335956
- Титчмарш, Эдвард Чарльз (1986), Теория дзета-функции Римана (2-е изд.), The Clarendon Press Oxford University Press, ISBN 978-0-19-853369-6 , МР 0882550
- Воронин, С.М. (2001) [1994], «Гипотеза Линделёфа» , Энциклопедия математики , EMS Press