Comments
Description
Transcript
sui numeri primi di chen
SUI NUMERI PRIMI DI CHEN E LE LORO PROPORZIONI IN π(N) Gruppo “B. RIEMANN”* *Gruppo amatoriale per la ricerca matematica sui numeri primi, sulle loro congetture e sulle loro connessioni con le teorie di stringa Abstract In this paper we show Chen’s prime numbers, forms 6k +1 and π(N). Riassunto In questo lavoro vedremo come, tra tutti i numeri primi fino a N, quanti sono in percentuali approssimative i numeri primi di Chen; e poi, tra questi, quanti sono quelli di forma 6k -1 e quelli di forma 6k+1. Si trova che circa due terzi (circa il 70%) sono numeri primi di Chen e un terzo invece no; e che tra questi due terzi di numeri primi di Chen, di nuovo due terzi sono di forma C - = 6k-1 e un 1 terzo di forma C + = 6k +1, e con rapporto C- /C+ ≈ 2 . Queste proporzioni si ritrovano poi nei numeri primi supersingolari, fattori degli ordini dei gruppi sporadici di Lie (in modo particolare il “mostro”, con 15 numeri primi come fattori, e tutti numeri primi di Chen). °°°°°°°° Circa i già noti numeri primi di Chen (p e p + 2 se p+2 ha due soli fattori primi) rimandiamo alle relative voci di Wikipedia “ Numero primo di Chen”, “Chen prime” ecc. In questo breve lavoro tratteremo delle proporzioni dei numeri primi di Chen e non di Chen tra tutti i π(N) numeri primi fino ad N, e , tra i numeri primi di Chen, le proporzioni tra quelli di forma C- = 6k – 1 e quelli di forma C+ = 6k+1, riscontrando, come vedremo, delle regolarità interessanti ( due terzi di π(N) sono di Chen, e tra 2 questi, due terzi sono di tipo C- , e con rapporto C-/C+ ≈ 2 ). Al crescere di N, tali proporzioni subiscono piccolissime variazioni quantitative, e quindi si possono considerare come regolarità matematiche esprimibili con apposite formule generali per ogni N e apposite tabelle, come vedremo; ma anche, eventualmente in futuri possibili approfondimenti, anche con appositi grafici. Il tutto allo scopo di individuare qualche elemento utile, per esempio, un possibile collegamento tra i numeri di Chen e i gruppi sporadici di Lie, importanti in fisica (Modello Standard, teorie di stringa, cosmologia ecc.). Tanti fenomeni naturali sembrano infatti collegati ai numeri primi, e ci potrebbe essere qualche motivo per il quale la Natura potrebbe o dovrebbe preferire numeri primi particolari, come per esempio i numeri primi di Chen, e tra 3 questi, preferibilmente, quelli di forma C- = 6k - 1. Ma andiamo con ordine. Se un numero primo normale è di forma 6k+1(l’altra possibilità è 6k - 1), allora 6k + 1+ 2 diventa 6k + 3, forma che contiene tutti i multipli di 3 (il più piccolo fattore primo dispari), e quindi 3 è uno dei suoi fattori; se 6k + 3 , oltre al numero primo tre, contiene un solo altro fattore primo p’ , ovviamente più grande, allora p = 6k + 1 iniziale è anche un numero primo di Chen, per definizione (p + 2 con due soli fattori primi, e quindi p + 2= 6k + 3 = 3*p’); se invece p + 2 = 6k + 3 = 3*p’*p’’, p non è ovviamente un numero primo di Chen, poiché ha tre fattori primi 3, p’ e p’’. Premesso questo, vediamo con la Tabella 1 i primi numeri primi di Chen in base alle suddette forme generali 6k + 1 applicate ai numeri di Chen, per comprendere meglio la loro formazione al crescere di N, e quindi le 4 proporzioni (di Chen e non di Chen) in π(N) , somma di entrambi. TABELLA 1 (6k-1+2) k 6k -1 6k +1 6k +3 e suo numero di fattori 1 5 si 7 si 9 = 3 * 3 = due fattori primi 2 11 si 13 si 15 = 3 * 5 = due fattori primi 3 17 si 19 si 21 = 3 * 7 = due fattori primi 4 23 si 25 = 5 * 5 due fattori primi 5 29 si 31 si 33 = 3 * 11 = due fattori primi 6 35=5*7 37 39 = 3 * 13 = due fattori primi 7 41 si 43 no 45 = 3 * 3 * 5 = tre fattori primi 8 47 si 49 = 7 * 7 due fattori primi 9 53 si 55 = 5*11 due fattori primi 10 59 si 61 no 63 = 3 * 3 * 7 = tre fattori primi … … … … … 43 e 61 sono quindi i due più piccoli numeri non di Chen fino a N = 61, con π(61) = 18, di cui 16 di Chen e 2 non di Chen, in pratica 2 (18/3) = 12, che con i numeri primi 2 e 3 fa 14; mentre solo due, 43 e 61 non sono di Chen; circa le forme 6k-1 e 6k+1, nove sono della prima forma e quattro della seconda, con rapporto 9/4= 2,25, rapporto che si mantiene, come vedremo in seguito, 5 approssimativamente simile, ≈ 2, per tutti gli N successivi, anche considerando che se 2/3 sono di forma 6k - 1 e 1/3 sono di forma 6k+1, il rapporto 2/3 : 1/3 = 2/3 * 3/1 = 6 / 3 = 2 Per stabilire se un numero primo (di Chen o no) è di forma 6k - 1 o 6k + 1, c’è un semplice metodo: si sommano le cifre del numero primo, se tale somma è di forma 3n - 1 la forma del numero primo è 6k -1, se invece la somma è di forma 3n + 1, la forma del numero primo è 6k + 1 Per esempio, i numeri primi gemelli: 59 = 6 * 10 -1 e 61 = 6 * 10 +1: 5 + 9 = 14, 1 + 4 = 5 = 3 * 2 - 1, quindi 59 è di forma 6k - 1; 6 + 1 = 7 = 3 * 2 + 1, 61 è di forma 6k + 1; la somma delle cifre conserva il segno - o + della forma 6k + 1 del numero primo in esame; l’altro metodo è ovviamente quello classico: se (p + 1)/6 è intero, la forma è 6k - 1 e viceversa, se (p - 1)/6 è intero, la forma del numero è 6k + 1: esempio per 59: (59+1)/6 = 60/6 = 10 6 esempio per 61: (61-1)/6 = 60/6 = 10 in questo modo il segno + o - è quello opposto al segno tra parentesi di (p +1) o di (p - 1); il metodo della somma è più veloce. TABELLA 2 per le prime potenze di 10 e per N = 409, per le quantità dei numeri di Chen e non di Chen π(10^n) n.ro di numeri primi n.ro di numeri p. rapporto primi C di Chen non di _Chen___ C / no C 1 10 4 4 0 2 100 25 20 5 4 409 80 57 23 2,47 3 1000 168 115 53 2,16 4 10000 1229 819* 409* 2,0024* 5 100000 9592 6394* 3197* 2* … … … … … … n 10^n * Valori stimati rispettivamente con le formule 2π(N)/3, π(N)/3 e C/ no C, valide approssimativamente per qualsiasi N ≈ 10^3 = 1000 TABELLA 3 per i numeri di Chen di forma C- = 6k -1 e C+ = 6k + 1 7 N Totale C * C- = 6k -1 10 2 1 100 18 12 409 55 37 1000 110* 74** 1000 113*val.reale 80 reale 10000 817* 544** 100000 6392* 4263** … … … C+ = 6k +1 rapporto C-/C+ 1 1 6 2 18 2,055 37** 2** 33 reale 2,42 reale 272** 2** 2131** 2,00046** … … (Per N = 1000 valori reali controllati su lista OESIS A109611 dei numeri primi di Chen fino al 34076° = 1159517) * tranne i due primi numeri primi 2 e 3, non di forma 6k + 1 ** valori stimati come nella Tabella 2 Dalla Tabella 2 notiamo facilmente che i numeri primi di Chen sono sempre più numerosi dei numeri primi N’ non di Chen, con rapporto medio C/N’ ≈ 2 . Questo perché i numeri primi di Chen sono mediamente in gran parte (circa 2/3) di forma 6k -1, e il resto (circa 1/3) di forma 6k + 1, poiché per p = 6k +1, p + 2 = 6k + 3 ha spesso più di due fattori, e quindi p = 6k + 1 non può essere numero primo di Chen con la stessa maggiore 8 frequenza di p = 6k - 1, vedi TABELLA 1. Le proporzioni medie e realistiche di C+ rispetto a Csono quindi, visto che anche i numeri di Chen sono a loro volta i 2/3 del totale π(N), i 2/3 di 2/3 , e cioè 2/3 * 2/3 = 4/9, con rapporto C+ / C- = 9/4 = 2,25, vedi Tabella 3, e con rapporto C-/C+ = 4/9 = 0,44 ≈ 0,5 = 1/2. Poiché ancora 9/4 ≈ 8/3 = 2,66 = Ф^2, ecco un possibile coinvolgimento del numero aureo e dei numeri di Fibonacci, presenti in molti fenomeni naturali e anche nella formazione degli ordini dei gruppi di Lie (vedi pagine successive). E’ anche possibile che, per N molto più grande, il rapporto C- / C+ tenda a crescere, avvicinandosi sempre più a 2,66 = Ф^2 (vedi per N = 1000, tale rapporto è già 2,42) mentre il rapporto analogo C/N’ della Tabella 1 decresce e tende a 2, altra costante matematica. Per fare un 9 esempio, fino a 409 ci sono 57=C numeri primi di Chen in tutto (compresi il 2 e il 3) , di cui: (togliendo il 2 e il 3, non di forma 6k + 1, ne restano 55) C- ≈ 2C/3 = 2 * 55/3 = 36,66 ≈ 37 valore reale, di forma 6k-1; C+ ≈ C/3 = 18,3 ≈ 18 valore reale, di forma 6k+1, con rapporto stimato 36,66/18,3 = 2,003 e 37/18 = 2,055 = valore reale; mentre π(409) = 80, e 80 / 57 = 1,40, 80/ 37=2,16 e 80 /18 = 4,44; essendo mediamente N’ = 31% di π(N), abbiamo: 80 * 0,31 = 24,8 ≈ 23 numeri primi N’ non di Chen (vedi TAB. 1) 80 * 0,46 = 36,8 ≈ 37 numeri di Chen C- di forma 6k -1 80 * 0,23 = 18,4 ≈ 18 numeri primi di Chen di forma 6k +1 100% 78 numero dei numeri di Chen di forma 6k +1 02 (i numeri primi 2 e 3 non di forma 6k+1 80 numero totale dei numeri primi fino a 409. Percentualmente, sull’intero valore di π(N), abbiamo, quindi, mediamente: 31% di numeri primi N’ non di Chen; 46% di numeri primi C- di Chen di forma 6k-1 23% di numeri primi C+ di Chen di forma 6k+1 e quindi il 23 +46 = 69% di numeri primi C di Chen complessivi: 10 (80 * 0,69 = 55,2 ≈ 57 valore reale di C complessivo. Per cui, per ogni π(N), basta calcolare queste percentuali per avere valori stimati e approssimativi per ogni gruppo di numeri primi N’ non di Chen e C di Chen, e tra questi ultimi, il numero di quelli di forma 6k - 1 e di quelli di forma 6k + 1. Circa i rapporti tra le percentuali, abbiamo: 100/31 = 3, 22 ≈ π = 3,14… costante matematica 14 26 32 con 3,22/3,14 = 1,025…≈ 1,030… =√1,618 ≈ √2,718 ≈ √ 3,14 100/69 = 1,4492 ≈ √2 = 1,4142… 100/46 = 2,17 ≈ 1,4142^2 69/46 = 1,5 ≈ Ф = 1,618… costante matematica 69/23 = 3 ≈ π = 3,14 46/23 = 2, con √2 = 1,4142 = costante matematica costante matematica Tali costanti si trovano poi in molte formule di fisica, e 11 potrebbero avere parziale origine anche nelle suddette proporzioni tra numeri primi, numeri primi di Chen ecc. tra le quali la Natura sceglie quelle più idonee (in particolare 1,618…) a dare stabilità e regolarità ai suoi fenomeni. Sceglie infatti tra i numeri primi, di forma 6k + 1, specialmente tra i numeri primi di Chen, e tra questi preferisce quelli di forma C- come fattori dei gruppi di Lie (numeri supersingolari); ma sceglie anche tra quelli di forma 6k (che comprendono i fattoriali n!), per quanto riguarda i gruppi di simmetria legate alle permutazioni di n elementi, e quindi n!, e combinando i fattoriali con i numeri di Fibonacci (e quindi 1,618 = Ф) con la nostra formula Em = k · n! + k’ · Fi (1) per determinare gli ordini Em dei gruppi di Lie, importanti in fisica (modello standard, cosmologia, ecc.). Per esempio 12 il gruppo di Lie detto “Mostro” ha come fattori 15 numeri di Chen e loro potenze fino a 71, e togliendo il 2 e il 3 iniziali, rimangono 13 numeri di Chen di cui 9 di forma 6k - 1 e 4 di forma 6k + 1, con rapporto 9/4 = 2,25, come da proporzioni medie tra i due tipi di numeri primi di Chen. Qualche esempio della (1): G2 = 14 = 6 + 8 = 3! + 8 = 1! + 13 F4 = 52 = 18 + 34 = 3 * 3! + 34 = 6 * 3! + 2 * 8 E7 = 133 = 120 + 13 = 5! + 13 = 5 * 4! + 13 E8 = 248 = 240 + 8 = 2 * 5! + 8 , e cosi via. La natura sembra scegliere i numeri di cui abbisogna proprio dalle forme 6k + 1 per i numeri primi, e quelli di Chen in particolare come fattori dei gruppi di Lie, e dalla forma 6k per i fattoriali , anch’essi collegati ai gruppi di Lie per via dei fattoriali n! come numero delle 13 permutazioni di n elementi connessi alle simmetrie (molto importanti in fisica), e ai numeri di Fibonacci F (e quindi alla costante Ф = 1,618 che connette indirettamente le due forme con la formula (1). Inoltre i numeri primi sono coinvolti nella funzione zeta di Riemann e relativa ipotesi, e anch’essa sembra essere coinvolta in fenomeni di fisica, come le stringhe. Conclusione Le tre forme 6k - 1, 6k + 1 e 6k sembrano, per quanto sopra detto, preferite dalla natura come sorgente dei numeri (primi, con i soli fattori banali 1 e p; o, al contrario, N = 6k, con molti fattori) per le sue necessità matematiche, forse anche perché tali forme hanno certe funzioni complementari con i valori più bassi ( la funzione φ(n) di Eulero,) o più alti (funzione σ(n) ) rispetto alle altre forme 14 numeriche (trascurate) 6k +2, 6k +3 e 6 + 4, tra tutte le sei forme possibili che comprendono tutti i numeri naturali. Riferimenti 1. “Numero primo di Chen” Wikipedia 2. “Chen prime” Wikipedia 3. Di Noto Francesco e Nardelli Michele, “DAI NUMERI PRIMI ALLE TEORIE DI STRINGA- Un ponte tra numeri e fisica tramite i numeri primi supersingolari” sul database Solar del CNR. 4. “Dai numeri primi alla realtà fisica”, su questo sito 15