■チェビシェフの素数定理(その17)
チェビシェフの漸近評価の一部は不等式
2^2n/(2n+1)≦2nCn≦2^2n
に基づいています.上界はΣ2nCk=2^2nより明らか,下界は2n+1個の二項係数の中で2nCnが最大であり,平均が2^2n/(2n+1)であることから証明されます.この評価は簡単ではありますが,かなり正確です.
2nCnについては,さらに正確な評価を与える
2^2n/(2√n)≦2nCn≦2^2n/√2n
などの評価式もしばしば使われます.また,スターリングの公式を使うとより精密な結果
2nCn〜2^(2n)/√(πn)
が得られますが,この評価は数論,素数定理などとも関係しています.
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【1】θ(x)≦A1xの証明
2^k-1≦x<2^kとする.
(2n,n)<Σ(2n,j)=(1+1)^2n=4^n
区間(n,2n]に現れるすべての素数の積は(2n,n)を割り切るから,
θ(2n)−θ(n)=Πp≦log(2n,n)<nlog4
θ(2^k)=Σ{θ(2^j+1)−θ(2^j)}<log4Σ2^j<log4・2^k
θ(x)≦θ(2^k)<log4・2^k<xlog16
→A1=log16=2.772825
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【2】θ(x)≧A3xの証明
(2n,n)=(2n)!/(n!)^2
を割り切る素数pの最大ベキは
Σ([2n/p^k]−2[n/p^k]
和の各項は0または1であるから
2^n≦2n/n・(2m−1)/(n−1)・・・n/1=(2n,n)≦(2n)^π(2n)
nlog2≦π(2n)log(2n)
A3は1/2log2=0.364よりちいさければ,どのような値でも取れることになる.
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