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Contar números libres de cuadrados sin problemas

Dejemos que $f:\mathbb{R}^+\to \mathbb{R}^+$ sea dada por

$f(t) = 1$ si $0\leq t\leq 1$

$f(t) = 1/t^2$ si $t>1$ .

Pregunta:

¿Cuál es la suma $\sum_{n\; \text{squarefree}} f(n/x)$ , para $x$ ¿Grande?

Sólo por la más simple inclusión-exclusión, se puede obtener una estimación de la forma $x/\zeta(2) + C \sqrt{x}$ , donde $C$ es una constante grande, en parte por el uso de estimaciones muy optimizadas para $\sum_{n\leq x: n\; \text{squarefree}} 1$ en la literatura (por ejemplo, Cohen y Dress, MR0952866). Sin embargo, me imagino que el alisamiento inherente al el problema permite hacerlo mejor. ¿Cuánto mejor? (Los experimentos sugieren un término de error muy pequeño).

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Tarks Puntos 1816

Se me ocurren dos enfoques.

(a) Analítica. Sólo necesitamos información sobre $\zeta(s)$ no sobre otros $L$ -funciones. Por lo tanto, podemos utilizar el hecho de que RH se ha verificado hasta una altura muy grande. Esto debería implicar un resultado de la forma

$\sum_{n\; \text{squarefree}} f(n/x) = (1+\epsilon) 2 \zeta(2) + O^*(C_{\epsilon'} x^{1/4+\epsilon'})$ ,

où $O^*(K)$ significa " una cantidad de valor absoluto como máximo $K$ ", $\epsilon$ es una constante muy pequeña, $\epsilon'>0$ es arbitrariamente pequeño y $C_{\epsilon'}$ depende únicamente de $\epsilon'$ .

Dificultad: dar un valor explícito, y preferiblemente pequeño, para $C_{\epsilon'}$ no parece muy fácil. No podemos desplazar la línea de integración hasta $\Re(s)=1/2$ sin tener un límite en los residuos de $1/\zeta(s)$ si desplazamos la línea de integración sólo hacia $\Re(s)=1/2+\epsilon'$ todavía necesitamos límites superiores para $1/|\zeta(s)|$ (es decir, límites inferiores para $\zeta(s)$ ). Hay algunos trabajos no explícitos en esta dirección, pero no conozco nada explícito con constantes razonables. (Me encantaría que me sorprendieran).

(b) "Elemental". Un límite totalmente elemental seguiría presumiblemente a Cohen y Dress, MR0952866, y daría límites de aproximadamente la misma calidad (término de error = $O(x^{1/2})$ donde la constante implícita no es grande pero tampoco muy pequeña). Un enfoque más mixto procedería como en el trabajo de Cohen, Dress y El Marraki citado por Barry Cipra más arriba. La mitad del trabajo (tamizar los factores m^2 con $m\leq c\cdot \sqrt{x}$ ) sí que mejoraría con el alisado. La otra mitad se basaría en estimaciones sobre $M(N) = \sum_{n\leq N} \mu(n)$ . Aquí las estimaciones de la forma $|M(N)|\leq c N$ , $c$ una pequeña constante (para $N$ mayor que una constante) son conocidos, y conducen a estimaciones de la forma

$\sum_{n\; \text{squarefree}} f(n/x) = 2 \zeta(2) + O^*(c x^{1/2})$ ,

con $c$ bastante pequeño (pero no "muy pequeño"; estamos hablando de $10^{-3}$ en lugar de $10^{-20}$ , digamos) siempre que $x$ es mayor que una constante. Obtener estimaciones útiles del término de error mejores que $O^*(c x^{1/2})$ es difícil, sin embargo, ya que implica la estimación de $M(x)$ Esto parece difícil por la misma razón expuesta anteriormente, es decir, las estimaciones para los residuos de $1/\zeta(s)$ o límites superiores para $1/|\zeta(s)|$ se hace necesario.

Pregunta: ¿hay una tercera vía? ¿O hay una manera de dar buenos límites superiores para $1/|\zeta(s)|$ para $|\Im(s)|\leq H_0$ suponiendo que la hipótesis de Riemann se cumple para $|\Im(s)|\leq H_0$ (o un poco más)?

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