在數論 中,塞爾伯格篩法 (Selberg sieve)是一個用以估計滿足特定條件的「篩選過的」正整數 集大小的技巧,而這些條件一般都以同餘 表示。這篩法由阿特勒·塞爾伯格 於1940年代發展。
阿特勒·塞爾伯格
描述
在篩法 的術語中,塞爾伯格篩法是一種「組合篩法」,也就是一種透過小心應用容斥原理 進行「篩選」的篩法。在此篩法中,塞爾伯格以一組針對問題最佳化的權重取代默比烏斯函數 ,而這可給出「篩選過的」的集合大小的上界。
設
A
{\displaystyle A}
為不大於
x
{\displaystyle x}
的正整數的集合,並假定
P
{\displaystyle P}
為質數的集合,然後設
A
p
{\displaystyle A_{p}}
是
A
{\displaystyle A}
中可為
P
{\displaystyle P}
中的質數
p
{\displaystyle p}
整除的數組成的集合;此外,可設
d
{\displaystyle d}
為
P
{\displaystyle P}
中的不同質數的乘積,在這種狀況下,可相應地定義
A
d
{\displaystyle A_{d}}
為
A
{\displaystyle A}
中可被
d
{\displaystyle d}
整除的數的集合,並定義
A
1
{\displaystyle A_{1}}
為
A
{\displaystyle A}
本身。
設
z
{\displaystyle z}
為任意實數,而
P
(
z
)
{\displaystyle P(z)}
為
P
{\displaystyle P}
中不大於
z
{\displaystyle z}
的質數的乘積,那這篩法的目標就是估計下式:
S
(
A
,
P
,
z
)
=
|
A
∖
⋃
p
∣
P
(
z
)
A
p
|
.
{\displaystyle S(A,P,z)=\left\vert A\setminus \bigcup _{p\mid P(z)}A_{p}\right\vert .}
我們可以假定說
|
A
d
|
{\displaystyle \left|A_{d}\right|}
可由下式估計:
|
A
d
|
=
1
f
(
d
)
X
+
R
d
.
{\displaystyle \left\vert A_{d}\right\vert ={\frac {1}{f(d)}}X+R_{d}.}
其中
f
{\displaystyle f}
是一個積性函數 、
X
{\displaystyle X}
是
A
{\displaystyle A}
的元素個數。
另外,設
g
{\displaystyle g}
是個由對
f
{\displaystyle f}
進行默比烏斯反演 所得到的函數,也就是說,
g
(
n
)
=
∑
d
∣
n
μ
(
d
)
f
(
n
/
d
)
{\displaystyle g(n)=\sum _{d\mid n}\mu (d)f(n/d)}
且
f
(
n
)
=
∑
d
∣
n
g
(
d
)
{\displaystyle f(n)=\sum _{d\mid n}g(d)}
,其中
μ
{\displaystyle \mu }
是默比烏斯函數 。
在這種狀況下,設
V
(
z
)
=
∑
d
<
z
d
∣
P
(
z
)
1
g
(
d
)
.
{\displaystyle V(z)=\sum _{\begin{smallmatrix}d<z\\d\mid P(z)\end{smallmatrix}}{\frac {1}{g(d)}}.}
,就可得下列關係式:
S
(
A
,
P
,
z
)
≤
X
V
(
z
)
+
O
(
∑
d
1
,
d
2
<
z
d
1
,
d
2
∣
P
(
z
)
|
R
[
d
1
,
d
2
]
|
)
{\displaystyle S(A,P,z)\leq {\frac {X}{V(z)}}+O\left({\sum _{\begin{smallmatrix}d_{1},d_{2}<z\\d_{1},d_{2}\mid P(z)\end{smallmatrix}}\left\vert R_{[d_{1},d_{2}]}\right\vert }\right)}
其中
[
d
1
,
d
2
]
{\displaystyle [d_{1},d_{2}]}
是
d
1
{\displaystyle d_{1}}
及
d
2
{\displaystyle d_{2}}
的最小公倍數 。
此外,
V
(
z
)
{\displaystyle V(z)}
的數值可由下式估計:
V
(
z
)
≥
∑
d
≤
z
1
f
(
d
)
.
{\displaystyle V(z)\geq \sum _{d\leq z}{\frac {1}{f(d)}}.\,}
應用
算數數列中的質數 相關問題上的布朗-第區馬許定理 。
不大於
x
{\displaystyle x}
且與歐拉函數
φ
(
n
)
{\displaystyle \varphi (n)}
互質的
n
{\displaystyle n}
的數量,與
e
−
γ
log
log
log
(
x
)
{\displaystyle {\frac {e^{-\gamma }}{\log {\log {\log {(x)}}}}}}
呈現非病態的(asymptotic)關係。
參考資料
Cojocaru, Alina Carmen ; Murty, M. Ram . An introduction to sieve methods and their applications. London Mathematical Society Student Texts 66 . Cambridge University Press. 2005: 113–134. ISBN 0-521-61275-6 . Zbl 1121.11063 .
Diamond, Harold G.; Halberstam, Heini . A Higher-Dimensional Sieve Method: with Procedures for Computing Sieve Functions. Cambridge Tracts in Mathematics 177 . With William F. Galway. Cambridge: Cambridge University Press. 2008. ISBN 978-0-521-89487-6 . Zbl 1207.11099 .
Greaves, George. Sieves in number theory. Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete. 3. Folge 43 . Berlin: Springer-Verlag. 2001. ISBN 3-540-41647-1 . Zbl 1003.11044 .
Halberstam, Heini ; Richert, H.E. Sieve Methods. London Mathematical Society Monographs 4 . Academic Press. 1974. ISBN 0-12-318250-6 . Zbl 0298.10026 .
Hooley, Christopher . Applications of sieve methods to the theory of numbers. Cambridge Tracts in Mathematics 70 . Cambridge University Press. 1976: 7–12. ISBN 0-521-20915-3 . Zbl 0327.10044 .
Selberg, Atle . On an elementary method in the theory of primes. Norske Vid. Selsk. Forh. Trondheim. 1947, 19 : 64–67. ISSN 0368-6302 . Zbl 0041.01903 .