マイゼル=メルテンス定数とは?

M = lim(Σₚ≤ₙ 1/p − ln ln n)
M ≈ 0.26149721284764278375。マイゼルとメルテンス、1874年。

n 以下のすべての素数の逆数、すなわち 1/2 + 1/3 + 1/5 + 1/7 + ⋯ + 1/p を足し合わせる。この和は発散するが、その増え方は驚くほど遅く、ln(ln(n)) のように成長する。マイゼル=メルテンス定数 M は、この和と主項 ln(ln(n)) との差を正確に表す定数であり、調和級数と ln(n) の差を表すオイラー=マスケローニ定数 γ に対応している。

素数逆数和は ln(ln(n)) + M のように増える
Σ_{p≤n} 1/p ≈ ln(ln(n)) + M
M ≈ 0.2615 (Meissel-Mertens constant)
At n=10: ≈ 0.84 n=100: ≈ 1.18 n=1000: ≈ 1.52 n=10^10: ≈ 2.30
Compared to harmonic sum Σ 1/n ≈ ln(n) + γ — prime reciprocals grow far slower.

オイラーは 1737 年、すべての素数の逆数和が発散することを証明した。これは素数が無限にあることを示すよりも難しく、素数がどれほど密に現れるかを数量的に示している。さらにメルテンスの定理は Σ(p≤n) 1/p = ln(ln(n)) + M + O(1/log n) と述べ、M が正確な定数項であることを示す。

M と γ:2つの「差の定数」

オイラー=マスケローニ定数とマイゼル=メルテンス定数の比較

オイラー=マスケローニ γマイゼル=メルテンス M
Σ 1/n − ln(n) → 0.5772Σ 1/p − ln(ln n) → 0.2615
すべての整数素数だけ

M と γ は M = γ + Σₚ(ln(1−1/p) + 1/p) という関係で結ばれている。どちらの定数も無理数かどうかは未解決である。両者とも何十億桁も計算され、超越数ではないかと考えられているが、どちらについても証明はない。M の冒頭は 0.261497212847642783755426838608669…

調和級数と素数逆数和:どちらも発散するが速度は大きく異なる
4.8959.792.935.197.499.79n=10n=100n=1000n=100…

調和級数(青)は 2.93、5.19、7.49、9.79 と増える。一方、ln(ln(n))+M のように成長する素数逆数和は同じ点で 0.84、1.18、1.52、1.85 にすぎない。

オイラー=マスケローニ定数との類比

オイラー=マスケローニ定数 γ は、調和級数 (1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1/n) と ln(n) の差を測る。マイゼル=メルテンス定数 M は、素数の逆数和 (1/2 + 1/3 + 1/5 + ... + 1/p) と ln(ln(n)) の差に対して同じ役割を果たす。どちらも、対数的に増える発散級数に対する「誤差補正」の定数である。

マイゼル=メルテンス定数の要点

マイゼル=メルテンス定数 M ≈ 0.26149 は、調和級数に対するオイラー=マスケローニ定数と同様の役割を、素数の逆数和に対して果たす。メルテンスは 1874 年、1/2 + 1/3 + 1/5 + ... + 1/p = ln(ln(n)) + M + 小さな誤差 であることを示した。M が無理数かどうかは不明である。M は素数積に関するメルテンスの定理や、滑らかな数の密度にも現れる。M と γ は素数全体にわたる特定の和で結びついている。

使用分野
数学
物理学
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