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Il teorema dei numeri primi

1896
  • Jacques Hadamard
  • Charles-Jean de la Vallée Poussin
Ufficio d'epoca con documenti matematici e calcolatrice antica relativa alla teoria dei numeri primi.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Il teorema dei numeri primi descrive la distribuzione asintotica dei numeri primi tra i numeri interi. Esso afferma che la funzione di conteggio dei primi [latex]\pi(x)[/latex], che dà il numero di primi minori o uguali a [latex]x[/latex], è asintoticamente equivalente a [latex]x / \ln(x)[/latex]. Formalmente, [latex]lim_{x ´a ´infty} \frac{\pi(x)}{x/\ln(x)} = 1[/latex]. Questo fornisce un legame fondamentale tra i primi e il logaritmo naturale.

Il Teorema dei Numeri Primi (PNT) è una pietra miliare della teoria dei numeri che fornisce una descrizione approssimativa della distribuzione dei numeri primi. La funzione di conteggio dei numeri primi, π(x), è una funzione a gradini che salta di 1 in corrispondenza di ogni numero primo. Sebbene la posizione esatta dei numeri primi appaia casuale, il PNT rivela un comportamento asintotico regolare. Il teorema non afferma che la differenza tra π(x) e x/ln(x) sia piccola, ma piuttosto che il loro rapporto si avvicina a 1 quando x diventa arbitrariamente grande. Ciò significa che per un numero grande x, la probabilità che un intero scelto a caso vicino a x sia primo è circa 1/ln(x).

L'idea fu ipotizzata per la prima volta alla fine del XVIII secolo da Adrien-Marie Legendre (1798) e Carl Friedrich Gauss (1792), sulla base di prove empiriche ricavate da tavole di primi. Entrambi proposero che [latex]\pi(x)[/latex] è approssimativamente [latex]x/(\ln(x) - C)[/latex] per una certa costante C. Tuttavia, la dimostrazione di questa relazione richiedeva significativi progressi nella matematica, in particolare nell'analisi complessa. Le prime prove rigorose furono ottenute indipendentemente da Jacques Hadamard e Charles-Jean de la Vallée Poussin nel 1896. Le loro prove non erano elementari e si basavano essenzialmente sulle proprietà della funzione zeta di Riemann nel piano complesso, dimostrando in particolare che essa non ha zeri sulla retta in cui la parte reale è 1.

UNESCO Nomenclature: 1208
- Teoria dei numeri

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • La prova di Euclide sull'infinità dei numeri primi (300 a.C. circa)
  • Formula del prodotto di Eulero che collega i primi e la funzione zeta (1737)
  • Tavole dei numeri primi compilate dai matematici
  • Congettura di Legendre sulla densità dei primi (1798)
  • Congettura di Gauss sull'integrale logaritmico (1792)
  • Lavoro di Chebyshev che fornisce i limiti per [latex]\pi(x)[/latex] (1852)
  • L'articolo di Riemann del 1859 sulla funzione zeta

Applicazioni

  • teoria analitica dei numeri
  • crittografia (ad esempio, stima della densità di numeri primi adatti per RSA)
  • informatica teorica per l'analisi di algoritmi che coinvolgono numeri primi
  • ricerca sull'ipotesi di Riemann
  • sviluppo di metodi di setaccio

Brevetti:

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    Contesto storico

    Il teorema dei numeri primi

    1850
    1854
    1884
    1896
    1900
    1903
    1914
    1850
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    1911
    1922

    (se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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