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林德勒夫猜想

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林德勒夫猜想(Lindelöf hypothesis)是一個由芬蘭數學家恩斯特·雷納德·林德勒夫英语Ernst Leonard Lindelöf提出一個關於黎曼ζ函數在臨界線上增長率的猜想。[1]這猜想可由黎曼猜想導出,其形式以大O符號表述如下:

對於任意的而言,在趨近於無窮時,有

由於可由一個較小的值取代之故,因此這猜想可重述如下:

對於任意的而言,有

μ函數

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是一個實數,則可定義為所有使得的實數當中的最小數。在這種定義下,易見對於任意的,有,而從黎曼ζ函數的函數方程可導出說。另一方面,由夫拉門–林德勒夫定理英语Phragmén–Lindelöf theorem可導出說是一個凸函數。林德勒夫猜想基本就是說,,將此點和上述的性質結合,這猜想也意味著說在時,;而在時,

由於,因此從林德勒夫對這函數的凸性可導出說。之後G·H·哈代藉由將外爾估計指數和英语Exponential sum的方式用於近似函數方程的做法,將這上界降至。在那之後數名研究者用長且技術性的數學證明,將之降到稍微低於的數值。下表顯示了對於這數值的改進:

μ(1/2) ≤ μ(1/2) ≤ 研究者
1/4 0.25 Lindelöf[2] 凸性上界
1/6 0.1667 Hardy & Littlewood[3][4]
163/988 0.1650 Walfisz 1924[5]
27/164 0.1647 Titchmarsh 1932[6]
229/1392 0.164512 Phillips 1933[7]
0.164511 Rankin 1955[8]
19/116 0.1638 Titchmarsh 1942[9]
15/92 0.1631 Min 1949[10]
6/37 0.16217 Haneke 1962[11]
173/1067 0.16214 Kolesnik 1973[12]
35/216 0.16204 Kolesnik 1982[13]
139/858 0.16201 Kolesnik 1985[14]
9/56 0.1608 Bombieri & Iwaniec 1986[15]
32/205 0.1561 Huxley[16]
53/342 0.1550 Bourgain[17]
13/84 0.1548 Bourgain[18]

和黎曼猜想間的關係

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Backlund[19]在1918至1919年間,證明了說林德勒夫猜想和下述與黎曼ζ函數的零點相關的敘述等價:在趨近於無窮時,實部至少為虛部介於之間的零點,其數量會趨近於

由於黎曼猜想指稱在這區域中沒有任何零點之故,因此黎曼猜想會導出林德勒夫猜想。目前已知虛部介於之間的零點的數量為,因此林德勒夫猜想似乎只稍強於已知的結果,但盡管如此,人們迄今依舊無法證明林德勒夫猜想。

黎曼ζ函數的冪的平均值

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林德勒夫猜想與以下陳述等價:

對於任意的正整數和正實數而言,有以下等式:

目前已證明這等式對成立,但的情況似乎困難許多,且依舊是個未解決的問題

對於這積分的非病態行為,有著下列更加精確的猜想:

一般認為,對某些常數而言,有以下等式:

李特爾伍德證明了的情況,而希斯-布朗[20]藉由推廣英厄姆(Ingham)找到首項係數的結果[21],證明了的情況。

Conrey和Ghosh[22]推測,在時首項係數應當為

而Keating和Snaith[23]利用隨機矩陣理論,對更大的情況的係數的值做出了一些猜測。目前猜想這積分的首項係數的值是某個初等因子、質數的某種乘積,和由下列數列給出的楊表的數字彼此間的乘積:

1, 1, 2, 42, 24024, 701149020, ... (OEIS數列A039622

其他後果

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為第質數,並設質數間隙,則一個由阿爾伯特·英厄姆英语Albert Ingham證明的結果顯示,若林德勒夫猜想成立,則對於任意的而言,當足夠大英语Eventually (mathematics)時,有以下不等式:

對於質數間隙,一個比英厄姆的結果更強的猜想是克拉梅爾猜想,其陳述如下:[24][25]

密度假說

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已知的無零點區域,略合於此張圖的右下角;而若黎曼猜想得證,就會將整張圖給壓縮到x軸上,也就是。在另一邊,此圖中的上界與從黎曼-馮·曼戈爾特公式英语Riemann–von Mangoldt formula得出的顯著上界相合。(也有其他各式各樣的估計[26]

密度假說指稱,其中的零點以及所構成的範圍內的數量,且這假說可由林德勒夫猜想得出。[27][28]

更一般地,設,則已知這界限大致和長度為的短區間當中的質數的漸進公式相合。[29][30]

英厄姆英语Albert Ingham在1940年證明說[31]赫胥黎英语Martin Huxley在1971年證明說[32]古斯英语Larry Guth梅納德在2024年的一篇預印本中證明說[33][34][35]並證明說這些公式和相契合。因此古斯和梅納德近期的成果給出了已知最接近、符合一般對黎曼猜想期望的數值,並將其界限改進至,或等價地,非病態地和成比例。

在理論上,貝克、哈曼英语Glyn Harman平茨匈牙利语Pintz János三氏對勒讓德猜想的估計的改進、對沒有西格爾零點的區域的估計,以及其他的事情也是可期待的。

L函數

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黎曼ζ函數屬於一類被稱為L函數的一類更加一般的函數。

在2010年,約瑟夫·伯恩斯坦英语Joseph Bernstein及安德烈·瑞斯妮可夫(Andre Reznikov)給出了估計定義在之上的L函數的次凸性值的方法;[36]同一年,阿克沙伊·文卡泰什飛利浦·麥可英语Philippe Michel (number theorist)給出了估計定義在之上的L函數的次凸性值的方法;[37]而在2021年,保羅·尼爾森(Paul Nelson)估計定義在之上的L函數的值的方法。[38][39]

參見

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註解和參考資料

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  1. ^ 參見Lindelöf (1908)
  2. ^ Lindelöf (1908)
  3. ^ Hardy, G. H.; Littlewood, J. E. On Lindelöf's hypothesis concerning the Riemann zeta-function. Proc. R. Soc. A. 1923: 403–412. 
  4. ^ Hardy, G. H.; Littlewood, J. E. Contributions to the theory of the riemann zeta-function and the theory of the distribution of primes. Acta Mathematica. 1916, 41: 119–196. ISSN 0001-5962. doi:10.1007/BF02422942. 
  5. ^ Walfisz, Arnold. Zur Abschätzung von ζ(½ + it). Nachr. Ges. Wiss. Göttingen, math.-phys. Klasse. 1924: 155–158. 
  6. ^ Titchmarsh, E. C. On van der Corput's method and the zeta-function of Riemann (III). The Quarterly Journal of Mathematics. 1932, os–3 (1): 133–141. ISSN 0033-5606. doi:10.1093/qmath/os-3.1.133. 
  7. ^ Phillips, Eric. The zeta-function of Riemann: further developments of van der Corput's method. The Quarterly Journal of Mathematics. 1933, os–4 (1): 209–225. ISSN 0033-5606. doi:10.1093/qmath/os-4.1.209. 
  8. ^ Rankin, R. A. Van der Corput's method and the theory of exponent pairs. The Quarterly Journal of Mathematics. 1955, 6 (1): 147–153. ISSN 0033-5606. doi:10.1093/qmath/6.1.147. 
  9. ^ Titchmarsh, E. C. On the order of ζ(½+ it ). The Quarterly Journal of Mathematics. 1942, os–13 (1): 11–17. ISSN 0033-5606. doi:10.1093/qmath/os-13.1.11. 
  10. ^ Min, Szu-Hoa. On the order of 𝜁(1/2+𝑖𝑡). Transactions of the American Mathematical Society. 1949, 65 (3): 448–472. ISSN 0002-9947. doi:10.1090/S0002-9947-1949-0030996-6. 
  11. ^ Haneke, W. Verschärfung der Abschätzung von ξ(½+it). Acta Arithmetica. 1963, 8 (4): 357–430. ISSN 0065-1036. doi:10.4064/aa-8-4-357-430 (German). 
  12. ^ Kolesnik, G. A. On the estimation of some trigonometric sums. Acta Arithmetica. 1973, 25 (1): 7–30 [2024-02-05]. ISSN 0065-1036 (Russian). 
  13. ^ Kolesnik, Grigori. On the order of ζ (1/2+ it ) and Δ( R ). Pacific Journal of Mathematics. 1982-01-01, 98 (1): 107–122. ISSN 0030-8730. doi:10.2140/pjm.1982.98.107. 
  14. ^ Kolesnik, G. On the method of exponent pairs. Acta Arithmetica. 1985, 45 (2): 115–143. doi:10.4064/aa-45-2-115-143. 
  15. ^ Bombieri, E.; Iwaniec, H. On the order of ζ (1/2+ it ). Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa - Classe di Scienze. 1986, 13 (3): 449–472. 
  16. ^ Huxley (2002), Huxley (2005)
  17. ^ Bourgain (2017)
  18. ^ Bourgain (2017)
  19. ^ Backlund (1918–1919)
  20. ^ Heath-Brown (1979)
  21. ^ Ingham (1928)
  22. ^ Conrey & Ghosh (1998)
  23. ^ Keating & Snaith (2000)
  24. ^ Cramér, Harald. On the order of magnitude of the difference between consecutive prime numbers. Acta Arithmetica. 1936, 2 (1): 23–46. ISSN 0065-1036. doi:10.4064/aa-2-1-23-46. 
  25. ^ Banks, William; Ford, Kevin; Tao, Terence. Large prime gaps and probabilistic models. Inventiones Mathematicae. 2023, 233 (3): 1471–1518. ISSN 0020-9910. arXiv:1908.08613可免费查阅. doi:10.1007/s00222-023-01199-0. 
  26. ^ Trudgian, Timothy S.; Yang, Andrew. Toward optimal exponent pairs. 2023. arXiv:2306.05599可免费查阅 [math.NT]. 
  27. ^ 25a. aimath.org. [2024-07-16]. 
  28. ^ Density hypothesis - Encyclopedia of Mathematics. encyclopediaofmath.org. [2024-07-16]. 
  29. ^ New Bounds for Large Values of Dirichlet Polynomials, Part 1 - Videos | Institute for Advanced Study. www.ias.edu. 2024-06-04 [2024-07-16] (英语). 
  30. ^ New Bounds for Large Values of Dirichlet Polynomials, Part 2 - Videos | Institute for Advanced Study. www.ias.edu. 2024-06-04 [2024-07-16] (英语). 
  31. ^ Ingham, A. E. ON THE ESTIMATION OF N (σ, T ). The Quarterly Journal of Mathematics. 1940, os–11 (1): 201–202. ISSN 0033-5606. doi:10.1093/qmath/os-11.1.201 (英语). 
  32. ^ Huxley, M. N. On the Difference between Consecutive Primes.. Inventiones Mathematicae. 1971, 15 (2): 164–170. ISSN 0020-9910. doi:10.1007/BF01418933. 
  33. ^ Guth, Larry; Maynard, James. New large value estimates for Dirichlet polynomials. 2024. arXiv:2405.20552可免费查阅 [math.NT]. 
  34. ^ Bischoff, Manon. The Biggest Problem in Mathematics Is Finally a Step Closer to Being Solved. Scientific American. [2024-07-16] (英语). 
  35. ^ Cepelewicz, Jordana. 'Sensational' Proof Delivers New Insights Into Prime Numbers. Quanta Magazine. 2024-07-15 [2024-07-16] (英语). 
  36. ^ Bernstein, Joseph; Reznikov, Andre. Subconvexity bounds for triple L -functions and representation theory. Annals of Mathematics. 2010-10-05, 172 (3): 1679–1718. ISSN 0003-486X. S2CID 14745024. arXiv:math/0608555可免费查阅. doi:10.4007/annals.2010.172.1679可免费查阅 (英语). 
  37. ^ Michel, Philippe; Venkatesh, Akshay. The subconvexity problem for GL2. Publications Mathématiques de l'IHÉS. 2010, 111 (1): 171–271. CiteSeerX 10.1.1.750.8950可免费查阅. S2CID 14155294. arXiv:0903.3591可免费查阅. doi:10.1007/s10240-010-0025-8. 
  38. ^ Nelson, Paul D. Bounds for standard $L$-functions. 2021-09-30. arXiv:2109.15230可免费查阅 [math.NT]. 
  39. ^ Hartnett, Kevin. Mathematicians Clear Hurdle in Quest to Decode Primes. Quanta Magazine. 2022-01-13 [2022-02-17] (英语).