黎曼猜想算啥?盘它!

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阅读本文需要至少初中的数学知识 \Large\fbox{\textcolor{red}{阅读本文需要至少初中的数学知识}}

阅读本文前请先阅读此文《终结篇》全体自然数的和等于-1/12???我觉得我还可以再抢救一下

这一切的一切都要从质数讲起

质数是什么?
在大于1的自然数中,除了1和它本身以外不再有其他因数的数。
人们在一开始研究质数时,就想:质数的个数是有限的还是无限的?
这个问题最早是欧几里得研究出来的,他利用反证法证明了质数是无限的多个的。

我们来看一下他的证法:
假设素数是有限的,假设素数只有有限的 n n 个,最大的一个素数是 p p
q q 为所有素数之积加上1,那么, q = ( 2 3 5 p ) + 1 q = ( 2 * 3 * 5 * …… * p )+ 1 不是素数
那么, q q 可以被 2 3 p 2、3、……、p 中的数整除
q q 被这 2 3 p 2、3、……、p 中任意一个整除都会余 1 1 ,与之矛盾
所以,素数是无限的。

\textcolor{red}{评价:很简洁,很美。}

好,研究完这个问题后,中世纪的数学家就开始颓废了。

直到他,欧拉出现了


欧拉把质数的研究又推进了一大步。
在我的文章《终结篇》全体自然数的和等于-1/12???我觉得我还可以再抢救一下中提到了欧拉研究的一个级数。
ε ( s ) = 1 1 s + 1 2 s + 1 3 s + \Large \varepsilon(s)=\frac{1}{1^s}+\frac{1}{2^s}+\frac{1}{3^s}+\cdots
他在研究这个问题时得到了欧拉乘积公式(p为全体质数):
ε ( s ) = p ( 1 p s ) 1 = 1 1 1 2 s × 1 1 1 3 s × 1 1 1 5 s × \begin{aligned}\Large \varepsilon(s)&=\prod\limits_p(1-p^{-s})^{-1}\\[2ex] &=\frac{1}{1-\frac{1}{2^s}}\times\frac{1}{1-\frac{1}{3^s}}\times\frac{1}{1-\frac{1}{5^s}}\times\cdots \end{aligned}
其实他还发现一件事:
他用 π ( x ) \pi(x) 表示小于 x x 的质数个数
π ( x ) x l n ( x ) \large\pi(x)\approx\frac{x}{ln(x)}
搞完这些,他就开始颓废了。
通过这些我们发现 ε \varepsilon 和质数有很大的关系,又因为黎曼函数 ζ \zeta 就是上面的级数解析延拓之后的函数。所以我们可以猜想黎曼函数与质数也有关系。实际上它们之间有很大的关系。(不然怎么有黎曼猜想呢)

高斯

高斯在15岁时算出了质数分布的密度:
ρ ( x ) 1 l n ( x ) \Large\rho(x)\approx\frac{1}{ln(x)}
然后他就下场了。

接下来的辉煌属于素数定理

素数定理是啥?这其实和欧拉的 π ( x ) \pi(x) 有关
π ( x ) = c x d t l n ( t ) + C \large\pi(x)=\int_c^x\frac{dt}{ln(t)}+C
我们不用管他是什么,我们只要知道这个定理说明不大于x的质数的个数我们是可以通过一个积分进行求解的。
其实当时这还是一个猜想,那为什么成为定理了?
因为过了100多年,有一个数学家在研究黎曼猜想时顺便把它证出来了,可见黎曼猜想与质数的关系有多么密切。

那么C是多少

科赫说:如果黎曼猜想被证实,那么
C n   l n ( x ) \large C∽\sqrt{n}\ ln(x)
意思就是C可以缩小到这样一个范围。

《论小于某值的素数个数》

接下我们的主角黎曼终于要登场了。
黎曼在1895年发表了论文《论小于某值的素数个数》把黎曼欧拉研究的级数进行了解析延拓,我们之前说过它:
ζ ( s ) = 1 1 s + 1 2 s + 1 3 s + \Large\zeta(s)=\frac{1}{1^s}+\frac{1}{2^s}+\frac{1}{3^s}+\cdots
在欧拉的时代他认为 s > 1 s R s>1且s\in R 才行。但后来人们发现其实只要它是复数也可以只要 R e ( s ) > 1 Re(s)>1 就行。
但黎曼就是黎曼啊,他闲得蛋疼(其实不是)又把它进行了解析延拓并说s的实部小于1也行。他解析延拓成什么样了呢?我们来欣赏一下:
ζ ( s ) = 1 2 π i Γ ( 1 s ) r z s 1 e z 1 e z d z \Large\zeta(s)=\frac{1}{2\pi i}\varGamma(1-s)\oint_r\frac{z^{s-1}e^{z}}{1-e^z}dz
太美了
我们不用管他是什么(我不会告诉你们我也不知道它是啥)我们只要知道现在s的范围延拓到了: s 1 , s C s\neq1,s\in C
等一下,你问我复数是什么?那看一下这篇一般人都能看懂的文章吧
看这里

ζ ( s ) = 0 \zeta(s)=0

黎曼说啊,我令 ζ ( s ) = 0 \zeta(s)=0 ,那么它就会有一些根对吧。
黎曼算出有很多根是非常平凡的,我们称之为平凡零点。平凡零点在哪呢?就是:
s = 2 n \Large s=-2n
而n则是:
1 , 2 , 3 , 4 , 5 , \Large1,2,3,4,5,\dots
正所谓有光明就有黑暗,那么有平凡零点,那就有非平凡零点。但黎曼好懒啊,他一个都没算,但他说非平凡零点肯定是存在的。

黎曼猜想

根据上面这些鬼东西,我们的黎曼大神提出了三个命题:
第一个命题,黎曼指出了非平凡零点的个数,且十分肯定其分布在实部大于0但是小于1的带状区域上。
第二个命题,黎曼提出所有非平凡零点都几乎全部位于实部等于1/2的直线上。
第三个命题,黎曼用十分谨慎的语气写到:很可能所有非平凡零点都全部位于实部等于1/2的直线上。这条线,从此被称为临界线。

\large\textcolor{red}{而最后这个命题,就是让后世数学家如痴如醉且寝食难安的黎曼猜想。}
第一个命题人们已经证明了,随后人们用手、计算机、超级计算机计算非平凡零点的值。目前已经计算了10万亿个且全部符合黎曼的猜想。

盘它!

在2018年9月24日阿蒂亚爵士视频直播证明黎曼猜想,目前他的论文正在被由世界顶级数学家组成的论证小组审核中。

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