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Petite preuve d'arithmétique avancée

Posté par
tealc
02-08-07 à 14:59

Bonjour à tous

j'ai un petit problème à vous soumettre :

Je pose \pi(n) = nombre de nombres premier inférieurs ou égaux à n

Petits exemples : \pi(1) = 0, \pi(2) = 1,\pi(3) = 2,\pi(4) = 2,\pi(5) = 3

Pourriez vous prouver :

\lim_{n \rightarrow +\infty} \frac{\pi(n)}{n} = 0 ?

J'ai personnellement une démonstration de ce fait, dont la preuve requiert à mon avis trop de notions "avancées".

J'attends vos proposition/idée

Posté par
Camélia Correcteur
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 02-08-07 à 15:07

Bonjour tealc

Je doute fort qu'il y ait une démonstration élémentaire de ce fait... mais il ne faut jamais décourager les bonnes volontés!

Posté par
anonyme
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 02-08-07 à 16:08

Bonjour,
je te propose de regarder l'exercice 32. Tu peux à partir des résultats du corrigé de la question d) déduire ton résultat :

Posté par
tealc
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 02-08-07 à 16:26

Bonjour camelia et hatimy.

Merci pour le lien, hatimy. C'est effectivement à peu de choses près la démonstration que j'ai.

J'essaie de chercher d'autres démonstrations, si non plus élémentaires, au moins moins "calculatoires". Si certains ont des idées

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 02-08-07 à 20:02

On a le droit à ça:

\blue\rm\fbox{\pi(x)\sim\frac{x}{ln(x)}}

?


Ayoub.

Posté par
tealc
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 02-08-07 à 21:15

si tu me le démontres

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 03-08-07 à 09:12

Le seul encadrement auquel je suis arrivé, c'est :

\large\red\rm\fbox{ln(ln(x))\le \pi(x)\le x.}

Pas très glorieux donc.

Posté par
Ksilver
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 03-08-07 à 19:11

j'ai l'impression qu'en commencant comme ca on peut aboutir a quelque chose :

Pi(n)/n est compris entre 0 et 1 :
soit a une valeur d'adhérence de Pi(n)/n., on suppose a non nul, donc il existe des valeur de n aussi grande que l'on veut telle que Pi(n) > a*n/2


ensuite en prenant un n "suffisement grand" (fonction de a) on doit pouvoir arriver a une contradiction, avec un raisonement type "crible d'erathostène" sur [0,n] (genre, la moitié des nombres sont pair, le tier est divisible par 3... on recommence jusqu'a un certain nombre premier p assez grand lié a a pour montrer que Pi(n)< a*n/2, et n est "tres grand" devant p...)

enfin c'est juste une idée... j'avoue que j'ai du mal à mettre ca au claire.

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 05-08-07 à 20:55

Je pense que je pourrais vous donner une preuve de mon post 02/08/2007 à 20:02, d'ici 4 ou 5 jours. Enfin, j'espère que j'y arriverai avec un tel délai.

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 05-08-07 à 20:57

Euh non, tout compte fait, ça va pas être possible. Mais bon, on ne sera pas trop loin.

Posté par
charlynoodles
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 05-08-07 à 23:19

LOOL , ça rappelle des souvenirs , j'ai fais cela cette année en master en option arithmétique et cryptographie

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 06-08-07 à 20:10

Bac +4? Punaise, si j'y arrive, je fais une méga grosse fête.

Posté par
Nightmare
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 06-08-07 à 20:25

Le théorème des nombres premiers n'est surement pas simple à démontrer! Il me semble qu'il fait appelle à de l'analyse complexe poussée et notamment à la fonction zéta de Riemann...

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 06-08-07 à 20:27

Oui, en effet Night, d'où ma remarque du post d'après.
En fait, j'ai trouvé une alternative qui permet d'arriver au résultat beaucoup plus simplement. Je continue à chercher.

Posté par
Dremi
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 06-08-07 à 22:27

Tealc et Atimi:
l'exercice 32 ne peut pas servir à démontrer \lim_{x\to+\infty}\frac{\pi(x)}{x}=0.
Le résultat de l'exercice 32 donne:
\forall x>1,\ \frac{\pi(x)}{x}\geq \frac{C}{\ln(x)}.
L'inégalité n'est pas dans le bon sens.

Pour avoir le bon sens, on peut aussi utiliser la factorisation de C_{2n}^n. Mais avec des considérations plus élémentaires: le seul outil théorique nécessaire est le théorème de Gauss. Allons-y en dix lignes:
\forall n\in\mathbb{N}^*,
 \\ \forall p\in\mathcal{P},\,n<p\leq2n,\ p|n!C_{2n}^n \text{ et } p \text{ premier avec } n!\ \Rightarrow\ p|C_{2n}^n \text{ (Theoreme de Gauss)}
 \\ \Longrightarrow\ \prod_{p\in\mathcal{P},\,n<p\leq2n}\ p\ \ |\ C_{2n}^n
 \\ \Longrightarrow\ n^{\pi(2n)-\pi(n)}\ \leq\ \prod_{p\in\mathcal{P},\,n<p\leq2n}\ p\ \leq\ C_{2n}^n
 \\ \Longrightarrow\ (\pi(2n)-\pi(n))\ln(n)\leq \ln C_{2n}^n \leq Kn, \text{ la derniere inegalite venant de l'exercice 32 d) ou de la formule de Stirling}
 \\ \Longrightarrow\ \pi(2n)-\pi(n)\leq K\frac{n}{\ln(n)}
 \\ \Longrightarrow\ \forall k\geq2,\ \pi(2^k)\leq\,\frac{3K}{\ln2}\,\frac{2^k}{k} \text{ par une recurrence facile}
 \\ \Longrightarrow\ \forall n\geq2,\ \pi(n)\leq\pi(2^k)\leq6K\frac{n}{\ln(n)} \text{ avec } 2^{k-1}\leq n<2^k
 \\ \Longrightarrow\ \forall x\geq3,\ \pi(x)=\pi([x])\leq6K\frac{x}{\ln(x)}
 \\ \Longrightarrow\ \frac{\pi(x)}{x}\leq\,\frac{6K}{\ln(x)}\ \longrightarrow\,0 \text{ quand } x\to+\infty.

Posté par
jeanseb
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 14:07

Bonjour

Citation :
Il me semble qu'il fait appelle à de l'analyse complexe poussée et notamment à la fonction zéta de Riemann...


Jord, tu devrais demander de l'aide à Mahow...

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 14:08

En fait, il existe bel et bien une démonstration "élémentaire" de ce théorèem qui n'utilise pas l'analyse complexe.

Posté par
Nightmare
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 15:00

Jeanseb : Pourquoi Mahow?

Posté par
jeanseb
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 15:20

Il bricolait des trucs sur la fonction zeta de Riemann à un moment donné.

Posté par
Nightmare
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 15:26

Je vois aussi qu'il parlait de variétés différentielles tout en ayant du mal sur le programme d'algèbre linéaire de sup. donc... no comment

Posté par
jeanseb
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 15:27

C'était juste pour te titiller un peu...

Posté par
Dremi
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 08-08-07 à 15:40

L'avantage de la preuve que j'ai développée (qui donne xx/ln(x) comme équivalent de sur [3,+[), sur l'utilisation du grand théorème d'équivalence en l'infini, c'est qu'elle est constructive dans les sens où elle s'adapte facilement pour donner un encadrement par des constantes numériques explicites de (x) ln(x)/x pour tout x[3,+[.

Posté par Bruno86 (invité)est ce juste 24-09-07 à 13:00

voilà ce que je propose : on appelle Un notre suite P(n)/n
Elle est décroissante et minorée par 0 donc converge. Soit l sa limite

Toute suite extraite doit donc converger vers la même limite.

Pour tout k, on a : Ukn = P(kn)/kn

et on peut dire : P(kn)<= P(n) + n/2 +.... + n/k

On divise le tout par kn,
donc, Ukn <= P(n)/kn + 1/k * (1/2 + ... +1/k)
On fait tendre n vers l'infini :
l <= l/k + 1/k * (1/2+...+1/k)
donc, (k-1)*l <= (1/2+ ... 1/k)

Ceci étant valable pour tout k ,en faisant tendre k vers l'infini, et le terme de droite étant équivalent à ln(k), on a que l = 0

Qu'en pensez vous ?

Posté par Bruno86 (invité)re : Petite preuve d'arithmétique avancée 24-09-07 à 13:04

non, ce n'est pas exact en fait, je m'en rends compte : mon inégalité n'est pas bonne.
Désolé

Posté par
Rodrigo
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 24-09-07 à 13:23

La démo ne se trouvera pas comme ça... La plus naturelle consiste à utiliser la fonction zeta de Riemann, le point clé consiste à prouver que le fonction zeta n'a aucun zero sur la droite de partie réelle 1...

J'avais pas mal cherché une preuve apr moi meme de ce théorème et une nuit j'avais cru avoir une bonne idée du style

Si l'on suppose pi(n)=N, on note les nombres premiers inférieurs à n, p1,...,pN

Alors si l'on dénombre

\Large A_{N}=\{(\alpha_1,...,\alpha_N)|N\leq \prod_{\alpha} p_i^{\alpha_i}\leq N^2\},

Je pensais que \pi(n^2)-\pi(n)=card A_N et pour dénombrer cet ensemble je pensais utiliser la formule de Legendre

v_p(n!)=\sum_{k\geq 0}[n/p^k]

Mais j'avais fais une erreur cruciale si on enlève les nombres de mon ensemble A_N à [n, n²], on a certes tous les nombres premiers entre [n,n²] mais on a aussi les p_i*q, ou p_i<n, premier et q>n, premier et pour dénombrer cela, c'est plus dur...

Si quelqu'un a une idée pour continuer dans cette voie...libre à lui et bon courage!

Posté par
lolo217
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 25-09-07 à 10:01

La preuve de dremi est tout à fait correcte c'est celle qui aboutit aux inégalités de Tchebychev : il existe deux réels >0  c1  et  C2  tels que
c1 x/log(x) < p(x) < c2 x/Log(x).  Vers 1844 .

L'équivalent  x/Log(x)  a été obtenu en 1896 par Hadamard et de la vallée Poussin (indépendamment) à l'aide d'analyse complexe. toutefois dans les années 1960  Selberg (complétant un début de preuve d'Erdös) a réussi une preuve de l'équivalent SANS analyse complexe ce qui contribua à ce qu'il obtienne la médaille fields . (un contentieux naquit avec Erdös à cette occasion)

Posté par
1 Schumi 1
re : Petite preuve d'arithmétique avancée 29-09-07 à 15:06

A ce propos, la méthode de ce dernier est donnée en pdf sur numdam. Je l'ai déjà vu. Pour ceux que ça intéresse...



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