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¿Cuáles son las asintóticas de sumas como $\frac16+\frac1{10}+\frac1{14}+\frac1{15}+\frac1{21}+\cdots+\frac1{p_{n-1}p_n}$ ?

Recientemente me he topado con esta vieja pregunta mía y me preguntaba sobre la suma que recorre sólo los números con factores primos distintos. Más precisamente:

Para $k,n\ge1$ dejar $S_{k,n}$ sea el conjunto de números cuya factorización contiene exactamente $k$ primos distintos de los primeros $n$ los. Así que, por ejemplo: $S_{1,n}=\{2,3,...,p_n\};$ $S_{2,n}=\{6,10,...,2p_n,15,21,...,3p_n,...,p_{n-1}p_n\}.$

Con ambos $k$ y $n$ que se permite variar, son las asintóticas de $$\sum_{m\in S_{k,n}} \frac1m$$ ¿Conocido? ¿Hasta qué punto?

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Blair Gibson Puntos 16

Por comodidad, utilizaré una notación ligeramente diferente.

El segundo teorema de Meissel-Mertens da para la suma sobre primos $p \leq n$ que $$ \lim_{n \rightarrow \infty} \left( \sum_{p \leq n} \frac{1}{p} - \ln(\ln n)\right) = M$$

En otras palabras, asintóticamente $$ \sum_{p \leq n} \frac{1}{p} \approx \ln(\ln n)$$

Si elevamos la expresión al cuadrado obtenemos

$$ \left(\sum_{p \leq n} \frac{1}{p} \right)^2 = \sum_{p \leq n} \frac{1}{p^2} + \sum_{p_1 \neq p_2 \leq n} \frac{1}{p_1 p_2} \approx \left[\ln(\ln n)\right]^2 $$

Dado que la suma $\sum_p \frac{1}{p^2}$ converge, por lo que obtenemos $$ \sum_{p_1 < p_2 \leq n} \frac{1}{p_1 p_2} \approx \frac{1}{2} \left[\ln(\ln n)\right]^2 $$

Si se toman las potencias más altas y se conservan los términos principales, se obtiene $$ \sum_{p_1 < p_2 < \dots <p_k\leq n} \frac{1}{\prod_i^k p_i} \approx \frac{1}{k!} \left[\ln(\ln n)\right]^{~k} $$

Usando el teorema del número primo $p_n \sim n \ln n$ encontramos $$ \sum_{m \in S_{k,n}} \frac{1}{m} \approx \frac{1}{k!} \left[\ln(\ln (n \ln n))\right]^{~k} $$

Nótese que esto sólo funciona aquí porque se consideran todas las combinaciones con factores hasta un primo máximo. Una suma diferente sería sobre todos los primos $p$ , $q$ donde el producto está acotado $$ \sum_{p \neq q | p q \leq n} \frac{1}{p q}$$

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Así que viendo cómo has utilizado " $\approx$ " al principio, en conclusión estás diciendo $\displaystyle \lim_{n\to\infty} \sum_{m\in S_{k,n}}\frac1m - \frac1{k!} \left(\log\log(n\log n)\right)^k$ es una constante que depende de $k$ ?

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No, sólo será el término principal. Si se resuelve el caso $k=2$ se obtiene por ejemplo 2 $\sum_{m \in S_{2n}} 1/m = [\ln(\ln(n \ln n))]^2 + 2 M [\ln(\ln(n \ln n))] + M^2 - \sum_{m \in S_{1n}} 1/m^2$

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Ah, ya veo, efectivamente no tenía que ser tan formal. ¡Gracias!

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