المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
النجاسات واحكامها
2025-04-15
دور أولي البقية في النهي عن الفساد
2025-04-15
معنى الحسنات يذهب السيئات
2025-04-15
{وَلَا تَرْكَنُوا إِلَى الَّذِينَ ظَلَمُوا}
2025-04-15
ما هي السور التي شيبت رسول الله
2025-04-15
الكوزرات
2025-04-15


Prime Sums  
  
1850   04:31 مساءً   date: 11-10-2020
Author : Bach, E. and Shallit, J
Book or Source : §2.7 in Algorithmic Number Theory, Vol. 1: Efficient Algorithms. Cambridge, MA: MIT Press, 1996.
Page and Part : ...


Read More
Date: 20-1-2021 1243
Date: 24-12-2019 1433
Date: 21-1-2021 805

Prime Sums

PrimeSum

Let

 Sigma(n)=sum_(i=1)^np_i

(1)

be the sum of the first n primes (i.e., the sum analog of the primorial function). The first few terms are 2, 5, 10, 17, 28, 41, 58, 77, ... (OEIS A007504). Bach and Shallit (1996) show that

 Sigma(n)∼1/2n^2lnn,

(2)

and provide a general technique for estimating such sums.

The first few values of n such that Sigma(n) is prime are 1, 2, 4, 6, 12, 14, 60, 64, 96, 100, ... (OEIS A013916). The corresponding values of Sigma(n) are 2, 5, 17, 41, 197, 281, 7699, 8893, 22039, 24133, ... (OEIS A013918).

The first few values of n such that n|Sigma(n) are 1, 23, 53, 853, 11869, 117267, 339615, 3600489, 96643287, ... (OEIS A045345). The corresponding values of Sigma(n) are 2, 874, 5830, 2615298, 712377380, 86810649294, 794712005370, 105784534314378, 92542301212047102, ... (OEIS A050247; Rivera), and the values of Sigma(n)/n are 2, 38, 110, 3066, 60020, 740282, 2340038, 29380602, 957565746, ... (OEIS A050248; Rivera).

In 1737, Euler showed that the harmonic series of primes, (i.e., sum of the reciprocals of the primes) diverges

 sum_(k=1)^infty1/(p_k)=infty

(3)

(Nagell 1951, p. 59; Hardy and Wright 1979, pp. 17 and 22), although it does so very slowly.

A rapidly converging series for the Mertens constant

 B_1=gamma+sum_(k=1)^infty[ln(1-p_k^(-1))+1/(p_k)]

(4)

is given by

 B_1=gamma+sum_(m=2)^infty(mu(m))/mln[zeta(m)],

(5)

where gamma is the Euler-Mascheroni constant, zeta(n) is the Riemann zeta function, and mu(n) is the Möbius function (Flajolet and Vardi 1996, Schroeder 1997, Knuth 1998).

Dirichlet showed the even stronger result that

 sum_(prime p=b (mod a); (a,b)=1)1/p=infty

(6)

(Davenport 1980, p. 34). Despite the divergence of the sum of reciprocal primes, the alternating series

 sum_(k=1)^infty((-1)^k)/(p_k) approx -0.2696063519

(7)

(OEIS A078437) converges (Robinson and Potter 1971), but it is not known if the sum

 sum_(k=1)^infty(-1)^kk/(p_k)

(8)

does (Guy 1994, p. 203; Erdős 1998; Finch 2003).

There are also classes of sums of reciprocal primes with sign determined by congruences on k, for example

 sum_(k=2)^infty(c_k)/(p_k) approx 0.3349813253

(9)

(OEIS A086239), where

 c_k={-1   for p_k=1 (mod 4); 1   for p_k=3 (mod 4)

(10)

(Glaisher 1891b; Finch 2003; Jameson 2003, p. 177),

 sum_(k=2)^infty(c_k)/(p_k^2) approx 0.0946198928

(11)

(OEIS A086240; Glaisher 1893, Finch 2003), and

 sum_(k=1)^infty(d_k)/(p_k) approx 0.6419448385

(12)

(OEIS A086241), where

 d_k={-1   for p_k=1 (mod 3); 1   for p_k=2 (mod 3); 0   for p_k=0 (mod 3)

(13)

(Glaisher 1891c; Finch 2003; Jameson 2003, p. 177).

Although sum1/p diverges, Brun (1919) showed that

 sum_(p,p+2 prime)1/p=B<infty,

(14)

where

 B=1.902160583104...

(15)

(OEIS A065421) is Brun's constant.

The function defined by

 P(n)=sum_(k=1)^infty1/(p_k^n)

(16)

taken over the primes converges for n>1 and is a generalization of the Riemann zeta function known as the prime zeta function.

Consider the positive integers n_o with prime factorizations

 n_o=p_1^(alpha_1)p_2^(alpha_2)...p_r^(alpha_r)

(17)

such that there are an odd number of (not necessarily distinct) prime factors, i.e., sum_(k=1)^(r)alpha_k is odd. The first few such numbers are 2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 23, 27, 28, 29, ... (OEIS A026424). Then

P_o(2p) = sum_(n_o)1/(n_o^(2p))

(18)

= 1/(2^(2p))+1/(3^(2p))+1/(5^(2p))+1/(7^(2p))+1/(8^(2p))+...

(19)

= ([zeta(2p)]^2-zeta(4p))/(2zeta(2p)),

(20)

(Gourdon and Sebah), where zeta(p) is the Riemann zeta function. The first few terms are then

P_o(2) = (pi^2)/(20)

(21)

P_o(4) = (pi^4)/(1260)

(22)

P_o(6) = (4pi^6)/(225225)

(23)

P_o(8) = (59pi^8)/(137837700)

(24)

(OEIS A093597 and A093598).

Consider the analogous sum where, in addition, the terms included must have an odd number of distinct prime factors, i.e., sum_(k=1)^(r)alpha_k is odd and max_(k)(alpha_k)=1. The first few such numbers are 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 30, 31, 37, 41, 42, ... (OEIS A030059), which include the composite numbers 30, 42, 66, 70, 78, 102, ... (OEIS A093599). Then

P_(od)(2p) = sum_(n_(od))1/(n_(od)^(2p))

(25)

= 1/(2^(2p))+1/(3^(2p))+1/(5^(2p))+1/(7^(2p))+...+1/(30^(2p))+1/(31^(2p))+...

(26)

= ([zeta(p)]^2-zeta(2p))/(2zeta(p)zeta(2p)),

(27)

(Gourdon and Sebah). The first few terms are then

P_(od)(2) = 9/(2pi^2)

(28)

P_(od)(4) = (15)/(2pi^4)

(29)

P_(od)(6) = (11340)/(691pi^6)

(30)

P_(od)(8) = (278775)/(7234pi^8)

(31)

(OEIS A093595 and A093596).

The sum

T = sum_(k=1)^(infty)1/((p_k-1)^2)

(32)

= sum_(k=2)^(infty)(phi_2(k)-phi(k))/kln[zeta(k)]

(33)

= 1.3750649947...

(34)

(OEIS A086242) is also finite (Glaisher 1891a; Cohen; Finch 2003), where

 phi_l(k)=k^lproduct_(p|k)(1-1/(p^l)),

(35)

phi(n) is the totient function, and zeta(k) is the Riemann zeta function.

Some curious sums satisfied by primes p include

 sum_(k=1)^(p-1)|_(k^3)/p_|=((p-2)(p-1)(p+1))/4,

(36)

giving the sequence 0, 2, 18, 60, 270, 462, 1080, ... (OEIS A078837; Doster 1993) for p=2, 3, 5, ..., and

 sum_(k=1)^((p-1)(p-2))|_(kp)^(1/3)_|=1/4(3p-5)(p-2)(p-1),

(37)

giving the sequence 0, 2, 30, 120, 630, 1122, 2760, ... (OEIS A078838; Doster 1993),

sum_(k=1)^(infty)x^klnk = sum_(k=1)^(infty)(Lambda(k)x^k)/(1-x^k)

(38)

= sum_(p)lnpsum_(k=1)^(infty)(x^(p^k))/(1-x^(p^k)),

(39)

where Lambda(k) is the Mangoldt function, and

 sum_(k=1)^infty(-1)^(k-1)e^(-kx)lnk=-ln2sum_(k=1)^infty1/(e^(2^kx)-1)+sum_(p>2)lnpsum_(k=1)^infty1/(e^(p^kx)+1)

(40)

(Berndt 1994, p. 114).

Let f(n) be the number of ways an integer n can be written as a sum of two or more consecutive primes. For example, 5=2+3, so f(5)=1 and 36=5+7+11+13=17+19, so f(36)=2. The sequence of values of f(n) for n=1, 2, ... is given by 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, ... (OEIS A084143). The following table gives the first few n such that f(n)>=k for small k.

k OEIS values of n such that f(n)>=k
1 A050936 5, 8, 10, 12, 15, 17, 18, 23, 24, 26, 28, 30, 31, 36, ...
2 A067372 36, 41, 60, 72, 83, 90, 100, 112, 119, ...
3 A067373 240, 287, 311, 340, 371, 510, 660, 803, ...

Similarly, the following table gives the first few n such that f(n)=k for small k.

k OEIS values of n such that f(n)=k
1 A084146 5, 8, 10, 12, 15, 17, 18, 23, 24, 26, 28, 30, 31, 39, ...
2 A084147 36, 41, 60, 72, 83, 90, 100, 112, 119, 120, 138, ...

PrimeSumLn2

Now consider instead the number g(n) of ways in which a number n can be represented as a sum of one or more consecutive primes (i.e., the same sequence as before but one larger for each prime number). Amazingly, it then turns out that

 lim_(n->infty)1/nsum_(k=1)^ng(k)=ln2

(41)

(Moser 1963; Le Lionnais 1983, p. 30).


REFERENCES:

Bach, E. and Shallit, J. §2.7 in Algorithmic Number Theory, Vol. 1: Efficient Algorithms. Cambridge, MA: MIT Press, 1996.

Berndt, B. C. "Ramanujan's Theory of Prime Numbers." Ch. 24 in Ramanujan's Notebooks, Part IV. New York: Springer-Verlag, 1994.

Brun, V. "La serie 1/5+1/7+1/11+1/13+1/17+1/19+1/29+1/31+1/41+1/43+1/59+1/61+..., les dénominateurs sont nombres premiers jumeaux est convergente où finie." Bull. Sci. Math. 43, 124-128, 1919.

Cohen, H. "High Precision Computation of Hardy-Littlewood Constants." Preprint. https://www.math.u-bordeaux.fr/~cohen/hardylw.dvi.

Davenport, H. Multiplicative Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, 1980.

Doster, D. "Problem 10346." Amer. Math. Monthly 100, 951, 1993.

Erdős, P. "Some of My New and Almost New Problems and Results in Combinatorial Number Theory." In Number Theory: Diophantine, Computational and Algebraic Aspects. Proceedings of the International Conference Held in Eger, July 29-August 2, 1996 (Ed. K. Győry, A. Pethő and V. T. Sós). Berlin: de Gruyter, pp. 169-180, 1998.

Finch, S. R. "Meissel-Mertens Constants." §2.2 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 94-98, 2003.

Finch, S. "Two Asymptotic Series." December 10, 2003. https://algo.inria.fr/bsolve/.

Flajolet, P. and Vardi, I. "Zeta Function Expansions of Classical Constants." Unpublished manuscript. 1996. https://algo.inria.fr/flajolet/Publications/landau.ps.

Glaisher, J. W. L. "On the Sums of the Inverse Powers of the Prime Numbers." Quart. J. Pure Appl. Math. 25, 347-362, 1891a.

Glaisher, J. W. L. "On the Series 1/3-1/5+1/7+1/11-1/13-...." Quart. J. Pure Appl. Math. 25, 375-383, 1891b.

Glaisher, J. W. L. "On the Series 1/2+1/5-1/7+1/11-1/13-...." Quart. J. Pure Appl. Math. 25, 48-65, 1891c.

Glaisher, J. W. L. "On the Series 1/3^2-1/5^2+1/7^2+1/11^2-1/13-...." Quart. J. Pure Appl. Math. 26, 33-47, 1893.

Gourdon, X. and Sebah, P. "Collection of Series for pi." https://numbers.computation.free.fr/Constants/Pi/piSeries.html.

Guy, R. K. "A Series and a Sequence Involving Primes." §E7 in Unsolved Problems in Number Theory, 2nd ed. New York: Springer-Verlag, p. 203, 1994.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. "Prime Numbers" and "The Sequence of Primes." §1.2 and 1.4 in An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, pp. 1-4, 17, 22, and 251, 1979.

Jameson, G. J. O. The Prime Number Theorem. Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 177, 2003.

Knuth, D. E. The Art of Computer Programming, Vol. 2: Seminumerical Algorithms, 3rd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, 1998.

Le Lionnais, F. Les nombres remarquables. Paris: Hermann, pp. 26, 30, and 46, 1983.

Moree, P. "Approximation of Singular Series and Automata." Manuscripta Math. 101, 385-399, 2000.

Moser, L. "Notes on Number Theory III. On the Sum of Consecutive Primes." Can. Math. Bull. 6, 159-161, 1963.

Nagell, T. Introduction to Number Theory. New York: Wiley, 1951.

Ramanujan, S. "Irregular Numbers." J. Indian Math. Soc. 5, 105-106, 1913. Ramanujan, S. Collected Papers of Srinivasa Ramanujan (Ed. G. H. Hardy, P. V. S. Aiyar, and B. M. Wilson). Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 20-21, 2000.

Rivera, C. "Problems & Puzzles: Puzzle 031-The Average Prime Number, APN(k)=S(p_k)/k." https://www.primepuzzles.net/puzzles/puzz_031.htm.

Robinson, H. P. and Potter, E. Mathematical Constants. Report UCRL-20418. Berkeley, CA: University of California, 1971.

Schroeder, M. R. Number Theory in Science and Communication, with Applications in Cryptography, Physics, Digital Information, Computing, and Self-Similarity, 3rd ed. New York: Springer-Verlag, 1997.

Sloane, N. J. A. Sequences A007504/M1370, A013916, A013918, A030059, A045345, A046024, A050247, A050248, A050936, A065421, A067372, A067373, A078437, A078837, A078838, A084143, A084146, A084147, A086239, A086240, A086241, A086242, A093595, A093596, A093597, A093598, and A093599 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.