數論人生

數論是一門學科,也是我的人生。有人把酒論英雄,我用數字描天下。
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Riemann Zeta函數

(2022-06-06 09:43:00) 下一個

記得李雲鋒同學曾經說過,一個人得有一本看家的書。我當時在研究Hardy-Littlewood方法,也就是圓法。此法把一個Diophantine方程的整數解的個數表示為一個三角和的積分,對於華林問題(Waring’s Problem)的研究有很大的促進。由此可以證明,一個充分大的自然數n,總可以表示為至多G(k)個自然數的k次冪之和。現已證明,當k ≥ 400時,G(k) < 2k log k+2kloglog k+12k。還有g(k)的值都已經被確定了。

圓法對於Goldbach猜想的研究也有推動。蘇聯數學家就證明了,一個充分大的奇數,可以表示為三個奇質數之和。這些都取決於三角和的估計,那可是一件難事。蘇聯數學家Viragradov創造了一種方法,可以改進估計的上界;中國數學家華羅庚、王元都對此有過深入的研究,但是都很難達到完美的結果。陳景潤研究1 + 2使用的是篩法,但篩法似乎也已經到了極限,達不到 1 + 1的程度。還有不有什麽方法,可以用來研究數論, 也就是整數的基本性質?我研究了Zeta函數,那就是我的看家本領了。

Zeta函數首先是由無窮級數 Sigma{n^(-s)*an: n = 1, 2, ….}定義的,其中s為任意複數,an為係數。它的收斂區域為半平麵 Re(s) > a 的形式,可以延拓到整個平麵,但是可能有一些極點。當an為完全積性函數時,即a(mn) = a(m)a(n)對所有正整數m, n成立,Zeta函數,在其絕對收斂域上,可以表示為在質數集上的無窮乘積。Riemann Zeta·函數是最簡單的一個:an = 1。無窮乘積取對數後,還可以表示為zeta函數,其係數直接包含了全部質數的信息;如果使用豎直線上的複積分,係數的信息可以全部表示出來,因此可以推出質數定理。

Riemann Zeta函數隻有一個一階極點 s = 1,其殘(留)數(Loren展開式的係數)為1。解析延拓後發現,它在s = -1處的值為 -1/12;因此一些半吊子的網紅就拿此來說事,聲稱所有自然數的和等於 -1/12。殊不知,解析延拓的原理隻是一種定義,它定義了一個新的解析函數,與原來的函數早已不是同一回事。跨越了極點的新表達式,就像一個人跨越了生死線,獲得了新生,絕不能回到過去了;或者是一個宇宙經曆了一個新的黑洞爆發。數學中允許跨越收斂性,但是不能直接除以零。

E. C. Titchmarsh在1951年寫了一本書<The theory of Riemann Zeta-Function>;我讀到的是Heath-Brown在1986年的注釋本。書中詳細總結了Riemann Zeta函數的定義、表示、解析延拓、階的估計、零點分布、值的分布,以及相關聯的質數分布、因子問題。懸而未決的是著名的Riemann猜想:Riemann Zeta函數的零點,除了負偶整數外,都分布在直線 Re(s) = ½上。有人用計算機算過了,前麵幾百萬個零點都是如此。前六個零點,精確到小數點後兩位,分別是 0.5 ± 14.13i, 0.5 ± 21.02i, 0.5 ± 25.01i, 0.5 ± 30.42i, 0.5 ± 32.93i, 0.5 ± 37.58i。

如果這些非平凡零點能夠被確定,那麽,質數分布、因子分部等等就都有了精確的表達式,這個世界也就大圓滿了,Lindelof猜想也就成了一個推論。我的計算發現,Riemann Zeta函數的值完全由它在 0.5 ± isqrt(n), n = 0, 1, 2, …的值確定;原來還以為可以通過整數插值確定呢!再通過用其它方法去計算這些值,Riemann Zeta函數的表達式就確定了。再用反證法可以證明,它的非平凡零點都在直線 Re(s) = ½上;而且都是單根。

這也足以證明1 + 1 即Goldbach猜想。對此猜想,以前我沿著華羅庚提出的一個初等方法,還請教了他的一個學生那吉生,可以估計出一些餘項,但不能徹底解決問題。之後我又得到了二元一次不定方程的精確表達式,還是不能估計出所有餘項,因為要涉到Mobius函數。我也用三角和去表示出了質數的分布,還對冪級數實現了變量代換,以加快收斂速度;但和式至少是八重,很難化簡。有了Zeta·函數的零點分布,一切就都迎刃而解了。

記得曾經有北京鋼鐵學院的一個教授,用Mobius逆變換解決了物理學中的一個難題。現在有了此函數的部分和的精確表示,還有什麽物理問題不能解決?世界真的是完美了。

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評論
歐洲聯盟 回複 悄悄話 回複 '銥' 的評論 : 是證明了;等我實現財務自由的時候,就去把它發表出來。現在要找齊“物質”。
回複 悄悄話 。“我的計算發現,Riemann Zeta函數的值完全由它在 0.5 ± isqrt(n), n = 0, 1, 2, …的值確定;原來還以為可以通過整數插值確定呢!再通過用其它方法去計算這些值,Riemann Zeta函數的表達式就確定了。再用反證法可以證明,它的非平凡零點都在直線 Re(s) = ?上;而且都是單根”

厲害,Riemann 猜想您已經證明了?膜拜下。
6ba6 回複 悄悄話 可以找到任何大質數對應的區間嗎?那就破解所有的密碼
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