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Conjuntos infinitos de números primos de densidad 0

Lo siento si la pregunta es demasiado vaga o si los ejemplos que yo busco son demasiado es aburrido conocido: mi conocimiento de la teoría analítica de números es bastante primitiva......

Así que, aquí va: supongamos que usted quiere demostrar que el conjunto $\Sigma$ de los primos de la satisfacción de una determinada condición $C$ es infinito. Entonces usted puede intentar para el cálculo de la densidad de $$ \delta(C)=\lim_{x\to\infty}\frac{|\text{$p\leq x$ tal que $C(p)$ mantiene}|}{|p\leq x|}. $$ Si $\delta$ resulta ser positivo, ya está hecho. Pero como bien podría ser que $\delta=0$, y sin embargo $\Sigma$ ser infinito.

Mis preguntas son: (1) ¿cuáles son los principales ejemplos conocidos de este fenómeno? (2) en estos ejemplos, si los hubiere, las pruebas de que el infinito de $\Sigma$ hizo uso ad hoc del caso-por-caso "trucos" o hay algo estándar de las técnicas que se pueden emplear con la situación? (3) existe un estándar de referencia?

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thattolleyguy Puntos 128

Esto es muy similar a la idea de $n^2 + 1$.

Teorema de Friedlander-Iwaniec

http://en.wikipedia.org/wiki/Friedlander%E2%80%93Iwaniec_theorem

Hasta un límite $M$ hay a más $M^{3/4}$ valores de $a^2 + b^4,$ sólo algunos de los son prime y $ M^{3/4} / (M / (\log M)) = \frac{ \log M }{M^{1/4}} $

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K. Brian Kelley Puntos 7714

Una buena manera de demostrar que un conjunto de números primos tiene cero densidad (dentro de los números primos) es utilizar el siguiente formulario de Green-Tao teorema:

Cualquier conjunto de densidad positiva dentro de los números primos tiene progresiones aritméticas arbitrariamente largas.

En particular, cualquier conjunto de números primos que no contienen tres (dicen) los elementos de una progresión aritmética debe tener cero de la densidad.

Si un conjunto $P$ de los números primos tiene la propiedad de que $p_1,p_2\in P$ implica que el $(p_1+p_2)/2\not\in P$, entonces el conjunto $P$ cero, la densidad de los números primos.

Como un corolario inmediato, se obtiene la (incondicional) resultado de que los primos Mersenne (de la forma $2^p-1$) tienen cero de la densidad.

Este truco parece que podría ser aplicado a muchos otros conjuntos de números primos.

EDIT: Cero la densidad de primos Mersenne es fácil de conseguir de todos modos, como Ben Weiss señala, y así es cero, la densidad de los números primos de la forma $n^2+1$, lo que también debe seguir a partir de este método.

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kevtrout Puntos 2774

Esto es esencialmente un comentario sobre Kevin Buitre de la respuesta, pero debido a su longitud y (me siento) importancia, estoy dejando por separado.

Es una consecuencia de la Serre de la imagen abierta teorema de que el conjunto de los números primos de supersingular de reducción para un no-CM de curva elíptica $E_{/ \mathbb{Q}}$ tiene una densidad de cero. (Por el contrario, de un CM de curva elíptica, el conjunto de los números primos tiene una densidad de $\frac{1}{2}$.) Por lo tanto, cuando Elkies mostró-por un método de prueba reminiscencias de Euclides del argumento, como usted dice! -- que hay infinitamente muchos supersingular primos de todos los $E$, fue en particular dando una muy interesante y natural ejemplo de un conjunto infinito de números primos de densidad cero.

Es interesante tratar de generalizar este ejemplo para casos análogos. Por ejemplo, Barry Mazur (mi asesor de tesis) me preguntó una vez si he podido demostrar la infinitud de los números primos de supersingular reducción de abelian superficies de $A_{/\mathbb{Q}}$ con quaternionic la multiplicación. (Yo ya había probado el análogo de la Serre de la imagen abierta teorema en este caso, o más bien super aprobada, ya que Ohta había hecho muchos años antes.) Yo no tenía ni idea de cómo hacerlo. Mi compañero de cuarto, David Jao, terminó escribiendo una tesis sobre las generalizaciones de Elkies' la prueba de curvas elípticas correspondiente a $\mathbb{Q}$-puntos racionales en Atkin-Lehner cocientes de género $0$ modular curvas de $X_0(N)$, en particular dando nuevos ejemplos de la infinidad de supersingular primos de ciertas curvas elípticas sobre cuadrática imaginario campos. Él trató de la QM caso (en el que $X_0(N)$ es reemplazado por un Shimura de la curva), pero no podía hacer que el argumento de trabajar para un divertido razón: a pesar de que un QM abelian superficie es parecida a la de un no-CM de curva elíptica en la reducción de su comportamiento en la mayoría de los números primos, es como un CM de curva elíptica en que tiene algunos de los números primos de garantía de la supersingular de reducción, es decir, los números primos dividiendo el discriminante de la álgebra de cuaterniones. Él fue capaz de establecer un Euclid-Elkies argumento de estilo donde se utiliza el supersingular primos ya tener que conseguir otro, pero él no podía mostrar que este "otro" no era uno de un número finito de números primos de la división de la quaternionic discriminante! Más recientemente, Baba y Ayoade establecido este resultado para QM superficies de quaternionic discriminante $6$$10$.

(Hay un problema análogo para Drinfeld módulos en la función de campo de caso, pero Bjorn Poonen famosa dio un ejemplo de un Drinfeld módulo con ninguna de los números primos de supersingular reducción.)

Me parece que recuerdo vagamente que Serre 1981 papel en las aplicaciones de la Cebotarev teorema de densidad de y/o sus 1997 ATASCOS de papel en la equidistribución contiene más ejemplos de este tipo general, pero no os lo juro.

5voto

Bob Somers Puntos 4186

Si usted puede probar cualquier razonable límite inferior para el conjunto de los números primos que están en la mayoría de las $x$, entonces es trivial encontrar conjuntos infinitos de números primos con la densidad de 0. Por ejemplo, el uso completo de primaria métodos uno puede comprobar que siempre hay un primer entre el $n$ $2n$ (Bertrand postulado), y por lo tanto el número de números primos entre 1 y $x$ al menos $log_2(x)$ $x\geq2$ un entero. Así que ahora sólo construir un conjunto infinito $C$ de los números primos por dejar que el $n$elemento th ser el más pequeño prime mayor que $2^{2^n}$ (o de cualquier función que crece mucho más rápido que $2^n$). ¿Responde esto a tu pregunta o no me malinterpretan?


Edit: parece que el interrogador no quiere arbitraria construcciones, pero explícita ejemplos de conjuntos infinitos de la densidad de 0. En este caso yo diría que no hay ninguna "norma técnica" (para mí, al menos), aparte de la obvia de "tomar un conjunto finito de números primos con la propiedad, y la construcción de otro". Este es, por ejemplo, la técnica utilizada por Elkies para demostrar que hay infinitamente muchos supersingular primos de una curva elíptica sobre los racionales.

Creo que, en general, si quieres demostrar que un conjunto de números primos es infinita, a menudo intentar y calcular la tasa de crecimiento, o con la heurística de la estimación de lo que su crecimiento debe ser bajo adecuado "independencia " hipótesis". Supongo que eso sería otra técnica. Lo positivo de la densidad es un super-fuerte en la condición de un conjunto de números primos. Heurística de argumentos basados en la Sato-Tate, por ejemplo, decimos que el conjunto de supersingular prepara para un no-CM de curva elíptica sobre Q probablemente está creciendo algo como $O(x^{1/2}/log(x))$. La verdad de esta declaración establece que el conjunto es infinito y tiene una densidad de cero, todo en un solo golpe. Elkies no probar esto, sin embargo, él sólo tuvo el más ingenuo enfoque de arriba.

3voto

skalka Puntos 1257

Aquí es un simple ejemplo de cómo uno puede uso del teorema de Dirichlet sobre primos en progresiones aritméticas para encontrar infinitas familias de primos con cero de la densidad:

Deje $P$ ser un conjunto de números primos {$p_1,\ldots,p_n,\ldots$} definidos de forma recursiva tal que $p_n\equiv 1 \bmod p_i$ todos los $ i \lt n$.

1) El $P$ es infinita por Dirichlet del teorema en progresiones aritméticas, porque si $p_1,\ldots, p_n$ son los primeros a $n$ de los números primos en $P$, entonces siempre hay un primer $p \equiv 1 \bmod p_1\cdots p_n$, y por lo tanto $p\equiv 1 \bmod p_i$ todos los $i=1,\ldots, n$.

2) La densidad de $P$ debe ser cero, ya que, si fijamos $N>0$

$$\limsup_{x\to\infty}\frac{|\text{$p\leq x$ such that $p\de P$}|}{|p\leq x|} \leq \lim_{x\to\infty}\frac{|p\leq p_1\cdots p_N| + |\text{$p$ such that $p\equiv 1 \bmod p_1\cdots p_N$}|}{|p\leq x|}$$ $$\leq \lim_{x\to\infty}\frac{|p\leq p_1\cdots p_N|}{|p\leq x|} + \frac{|\text{$p$ such that $p\equiv 1 \bmod p_1\cdots p_N$}|}{|p\leq x|} = 0 + \frac{1}{\varphi(p_1\cdots p_N)} \to 0 \text{ as $N\to \infty$.}$$ Por lo tanto $\delta(P)=\lim_{x\to\infty}\frac{|p\leq x \text{ such that } p\in P|}{|p\leq x|}$ existe y es igual a cero.

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