El teorema de los números primos
1896
- Jacques Hadamard
- Charles-Jean de la Vallée Poussin
El teorema de los números primos describe la distribución asintótica de los números primos entre los números enteros. Afirma que la función de conteo de primos [latex]\pi(x)[/latex], que da el número de primos menor o igual a [latex]x[/latex], es asintóticamente equivalente a [latex]x / \ln(x)[/latex]. Formalmente, [latex]lim_{x \to \infty} \frac{\pi(x)}{x/\ln(x)} = 1[/latex]. Esto proporciona un vínculo fundamental entre los primos y el logaritmo natural.
El Teorema de los Números Primos (TNP) es una piedra angular de la teoría de números que proporciona una descripción aproximada de cómo se distribuyen los números primos. La función de conteo de primos, π(x), es una función escalonada que aumenta en 1 en cada número primo. Si bien la ubicación exacta de los primos parece aleatoria, el TNP revela un comportamiento asintótico regular. El teorema no afirma que la diferencia entre π(x) y x/ln(x) sea pequeña, sino que su razón se aproxima a 1 a medida que x se vuelve arbitrariamente grande. Esto significa que, para un número grande x, la probabilidad de que un entero elegido al azar cerca de x sea primo es aproximadamente 1/ln(x).
La idea fue conjeturada por primera vez a finales del siglo XVIII por Adrien-Marie Legendre (1798) y Carl Friedrich Gauss (1792), basándose en evidencia empírica de tablas de números primos. Ambos propusieron que π(x) es aproximadamente x/(ln(x) ∝ C) para alguna constante C. Sin embargo, demostrar esta relación requirió avances significativos en matemáticas, particularmente en análisis complejo. Las primeras demostraciones rigurosas fueron logradas independientemente por Jacques Hadamard y Charles-Jean de la Vallée Poussin en 1896. Sus demostraciones no eran elementales, ya que se basaban crucialmente en las propiedades de la función zeta de Riemann en el plano complejo, demostrando específicamente que no tiene ceros en la recta donde la parte real es 1.
UNESCO Nomenclature: 1208
Teoría de números
Precursores
- Demostración euclidiana de la infinitud de los números primos (c. 300 a. C.)
- Fórmula del producto de Euler que relaciona los números primos y la función zeta (1737)
- Tablas de números primos compiladas por matemáticos
- Conjetura de Legendre sobre la densidad prima (1798)
- Conjetura de Gauss sobre la integral logarítmica (1792)
- El trabajo de Chebyshev proporciona límites para [latex]pi(x)[/latex] (1852)
- El artículo de Riemann de 1859 sobre la función zeta
Aplicaciones
- teoría analítica de números
- criptografía (por ejemplo, estimar la densidad de primos adecuados para RSA)
- Ciencias de la computación teóricas para analizar algoritmos que involucran números primos
- Investigación sobre la hipótesis de Riemann
- desarrollo de métodos de tamizado
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: teorema de los números primos, función de conteo de primos, distribución asintótica, teoría de números, primos, Jacques Hadamard, Charles-Jean de la Vallée Poussin, Gauss, Legendre, teoría analítica de números.