為什麼說「任意兩個自然數是素數的概率是6/π^2」

2020-12-05 電子通信和數學

如下幾個有趣的級數大家都已經很熟悉了,這些都要歸功於歐拉高超的數學技巧,使得數學家們大開眼界,但歐拉並沒有因此停止探索的腳步,而是繼續向前推進,最終由此發現了這個級數與素數的驚人關係

也就是這個著名的公式,你發現它與眾不同的一面了嗎?如果沒有發現,我們繼續往下看

首先延續前面的文章,將π^2/6用ζ(z)代替,所有的平方都換成z,也就是將級數換成與與z有關的函數

我們來進行美妙的數學推導,不需要你有高等數學基礎,跟著以下思路就可以看懂,將如下第一行的式子乘以1/3^z

就變成了如下樣式

你會發現第一行右邊的分母和第二行右邊的分母都是倍數關係,且都是3的倍數,所以第一行減去第二行就得到,你看懂了嗎?是不是很簡單

我們繼續將得到的式子乘以1/5^z,同樣第一行的分母和第二行的分母又是5的倍數,再用第一行減去第二行

我們就得到:

我們不斷的以此類推,源源不斷進行下去,等號右邊的項都被消去,最終得到

你發現了沒有,左邊分母都是素數,這是一個驚人的發現

當z=1時,我們已經知道,如下式子是趨於無窮大的,這是不是意味著素數有無窮多個呢

當z=2時,我們又回到了原點,即歐拉的自然數平方倒數和有關的級數,因為文章開頭我們用π^2/6用ζ(z)代替,所以得到

我們再次有得到素數有無窮多個的結論,你看懂了嗎,因為如果有有限多個,那麼上式的分母一定是有限多個,所以等號右邊就是個有理數,但等號左邊卻是個無理數,因為π是無理數。

我們也因此得到一條重要結論,任意兩個自然數是素數的概率是6/π^2,

因為隨意選兩個數其中一個是偶數的概率是1/2,那它們有公約數的概率1/2,我們就得到兩個數不是偶數,且沒有公約數的概率就是1-1/2^2,依次類推就得到任意兩個自然數是素數的概率是6/π^2。

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