(Fácil?) consecuencia de la Hipótesis de Riemann

Question

Estoy tratando de mostrar que la relación se $\psi(x)=x+O(\sqrt{x}\log ^2 x)$ (consecuencia de la hipótesis de Riemann) implica $\pi(x)=Li(x)+O(\sqrt{x}\log x)$ donde $Li(x)=\int_2^x \frac{dt}{\log t}$.

No he logrado tanto hacia la solución de este ejercicio que parece ser fácil. Esto es lo que he hecho:

Como $\pi(x)\sim \psi(x)/\log x$, obtenemos $$\pi(x)= \psi(x)/\log x+O(\psi(x)/\log x)=x/\log x+O(\sqrt{x}\log x)+O(x/\log x).$$ Using the relation $Li(x)=x/\log x+\int_2^x\frac{dt}{log^2 t}-2/\log 2$, we obtain $$\pi(x)=Li(x)+O(\sqrt{x}\log x)+O(x/\log x)-\int_2^x\frac{dt}{log^2 t}.$$ I can't handle with the last two terms because i guess they are not big O's of $\sqrt{x}\log x$. Agradecería cualquier orientación.

Debido a Greg Martin respuesta, he llegado a esta solución, es correcto?:

Supongamos que \begin{equation} \psi(x)=x+O(\sqrt{x}\log^2 x).\end{equation} Tenemos que \begin{equation} \psi(x)-\vartheta(x)=O(\sqrt{x}\log^2 x)\end{equation} -la prueba del teorema 4.1 de Apostol del libro-, entonces \begin{equation} E(x):=\vartheta(x)-x=O(\sqrt{x}\log^2 x).\end{equation} Por (1) y el teorema 4.2 de Apostol, obtenemos los siguientes \begin{equation} \pi(x)-\int_2^x\frac{\vartheta(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{\psi(x)-\vartheta(x)}{\log x}=\frac{\vartheta(x)}{\log x}+\frac{\psi(x)-\vartheta(x)}{\log x}=\frac{x}{\log x}+O(x^{1/2}\log x).\end{equation} Así \begin{eqnarray} \pi(x) &=& \frac{x}{\log x}+O(x^{1/2}\log x)+\int_2^x\frac{\vartheta(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{\vartheta(x)-\psi(x)}{\log x} \\ & = & \frac{x}{\log x}+O(x^{1/2}\log x)+\int_2^x\frac{\vartheta(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{\vartheta(x)-x-O(x^{1/2}\log^2 x)}{\log x} \\ & = &\frac{x}{\log x}+O(x^{1/2}\log x)+\int_2^x\frac{\vartheta(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{E(x)}{\log x}. \end{eqnarray} Pero \begin{equation} Li(x)=\frac{x}{\log x}+\int_2^x\frac{dt}{\log^2 t}-\frac{2}{\log 2}, \end{equation} así, obtenemos \begin{eqnarray} \pi(x) & = & Li(x)-\int_2^x\frac{dt}{\log^2 t}+\frac{2}{\log 2}+O(\sqrt{x}\log x)+\int_2^x\frac{\vartheta(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{E(x)}{\log x}\\ & = & Li(x)+\int_2^x\frac{E(t)}{t\log^2 t}dt+\frac{E(x)}{\log x}+O(\sqrt{x}\log x)\\ & = & Li(x)+\int_2^x\frac{O(\sqrt{t}\log^2 t)}{t\log^2 t}dt+O(\sqrt{x}\log x) \\ & = & Li(x)+O(\int_2^x\frac{\sqrt{t}\log^2 t}{t\log^2 t}dt)+O(\sqrt{x}\log x)\\ & = & Li(x)+O(2\sqrt{x}-2\sqrt{2})+O(\sqrt{x}\log x)\\ & = & Li(x)+O(\sqrt{x}\log x). \end{eqnarray}

Esto es para $x\geq 2$.

Answer 1

La forma tradicional de mostrar que esta implicación es mediante el uso parcial de la suma. Primero reemplace $\psi(x)$ $\theta(x)+O(\sqrt x)$ (esperemos que sea un conocido o fácil). Si establecemos $E(x) = \theta(x)-x$, entonces (usando $2^-$ para denotar un número real un poco más pequeño que $2$) \begin{align*} \pi(x)-Li(x) &= \int_{2^-}^x \frac{1}{\log t} \,d\theta(t) - \int_2^x \frac{dt}{\log t} \\ &= \int_{2^-}^x \frac{1}{\log t} \,d(\theta(t)-t) = \int_{2^-}^x \frac{1}{\log t} \,dE(t) \\ &= \frac{E(t)}{\log t}\bigg|_{2^-}^x - \int_{2^-}^x E(t)\,d\bigg(\frac1{\log t}\bigg) \\ &= \frac{E(x)}{\log x} + O(1) + \int_{2}^x \frac{E(t)}{t\log^2 t}\,dt. \end{align*} (Si usted no se siente cómodo con estas Riemann-Stieltjes integrales, en realidad se puede probar por la mano que $\pi(x)-Li(x)$ es igual a la de la segunda a la última expresión.) En este punto, usted puede introducir la hipótesis de ruedas en $E(t)$.