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切比雪夫偏差

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數論上,切比雪夫偏差(Chebyshev's bias)指的是說在多數時候,在給定的界限下,除4餘3的質數個數,會多於除4餘1的質數的現象。這現象最早由帕夫努季·切比雪夫於1853年觀察到。

敘述

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為不大於x且形如的質數的數量,那麼根據質數定理算術數列上的推廣,有以下關係:

也就是說,大約一半的質數除4餘1,另外一半則是除4餘3的。因此一個合理的猜測是的發生率大約相等;然而這點並不受數據支持,實際上,遠遠更常發生。像例如說對於所有小於26833且不等於5、17、41及461的x而言,,而在x等於5、17、41及461的狀況下,則有;而第一個使得x是26861,也就是說,對於任意的x < 26861而言,

更一般地,若是整數,其彼此的最大公因數有這樣的關係,且a為模n的二次剩餘a為模n的二次非剩餘,那麼是更常發生的。這點只有在假定強形式的黎曼猜想成立的狀況下得證。

Knapowski英语Stanisław Knapowski圖蘭兩氏曾提出更強的猜想,認為使得成立的x密度為一,也就是說幾乎所有x成立;然而這兩氏提出的猜想已被否證;而實際上使之成立的數的對數密度大約為0.9959....[1]

推廣

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相關的問題可轉化成對於而言,使得成立的最小質數p,其中克羅內克符號;然而對於任意給定的不為零的k(不僅是),也能找使上式成立的最小質數p。從質數定理可知,對於任意非零的整數k,有無限多個質數p滿足此條件。

對於正整數而言,最小質數p如下所示:

2, 11100143, 61981, 3, 2082927221, 5, 2, 11100143, 2, 3, 577, 61463, 2083, 11, 2, 3, 2, 11100121, 5, 2082927199, 1217, 3, 2, 5, 2, 17, 61981, 3, 719, 7, 2, 11100143, 2, 3, 23, 5, 11, 31, 2, 3, 2, 13, 17, 7, 2082927199, 3, 2, 61463, 2, 11100121, 7, 3, 17, 5, 2, 11, 2, 3, 31, 7, 5, 41, 2, 3, ... (OEISA306499OEISA003658對於的子序列)

對於負整數而言,最小質數p如下所示:

2, 3, 608981813029, 26861, 7, 5, 2, 3, 2, 11, 5, 608981813017, 19, 3, 2, 26861, 2, 643, 11, 3, 11, 31, 2, 5, 2, 3, 608981813029, 48731, 5, 13, 2, 3, 2, 7, 11, 5, 199, 3, 2, 11, 2, 29, 53, 3, 109, 41, 2, 608981813017, 2, 3, 13, 17, 23, 5, 2, 3, 2, 1019, 5, 263, 11, 3, 2, 26861, ... (OEISA306500OEISA003657對於的子序列)

對於任意非平方整數k而言,多數時候,在給定的界限下,使得的質數p會多於使得質數p

延伸至高次剩餘

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mn是兩個彼此互質的正整數,那麼可定義以下函數:

其中歐拉函數

這函數的一些數值如次:

目前有猜想認為,若若是整數,其彼此的最大公因數有這樣的關係,且同時成立,那麼是更常發生的。

參考資料

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  1. ^ (Rubinstein—Sarnak, 1994)

外部連結

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