什么是迈塞尔-梅滕斯常数?

M = lim(Σₚ≤ₙ 1/p − ln ln n)
M ≈ 0.26149721284764278375。Meissel 与 Mertens,1874。

把所有不超过 n 的素数倒数相加:1/2 + 1/3 + 1/5 + 1/7 + ⋯ + 1/p。这一和会增长,但速度极慢,大致像 ln(ln(n))。迈塞尔-梅滕斯常数 M 就是这个和与其主导项之间的精确差值,就像欧拉-马歇罗尼常数 γ 衡量调和级数与 ln(n) 之间的差距一样。

素数倒数和的增长像 ln(ln(n)) + M
Σ_{p≤n} 1/p ≈ ln(ln(n)) + M
M ≈ 0.2615(迈塞尔-梅滕斯常数)
当 n=10 时约为 0.84;n=100 时约为 1.18;n=1000 时约为 1.52;n=10^10 时约为 2.30。
与调和和 Σ 1/n ≈ ln(n) + γ 相比,素数倒数和增长得慢得多。

欧拉在 1737 年证明了所有素数倒数之和会发散。要证明这一点,比仅仅证明素数有无穷多个困难得多,而且它也给出了素数密度的一个定量刻画。随后梅滕斯定理说明:Σ(p≤n) 1/p = ln(ln(n)) + M + O(1/log n)。因此 M 正是这个渐近式中的常数项。

M 与 γ:两个“差值常数”

欧拉-马歇罗尼常数与迈塞尔-梅滕斯常数的对比。

欧拉-马歇罗尼 γ迈塞尔-梅滕斯 M
Σ 1/n − ln(n) → 0.5772Σ 1/p − ln(ln n) → 0.2615
所有整数仅限素数

M 与 γ 满足关系式 M = γ + Σₚ(ln(1−1/p) + 1/p)。目前我们不知道这两个常数中任何一个是否为无理数。它们都已经被计算到数十亿位,也都被普遍猜测是超越数,但两者都没有证明。M 的开头数字是 0.261497212847642783755426838608669…

调和和与素数倒数和:两者都会发散,但速度非常不同
4.8959.792.935.197.499.79n=10n=100n=1000n=100…

调和和在这些点分别达到 2.93、5.19、7.49 和 9.79;而按 ln(ln(n))+M 增长的素数倒数和,在相同位置只有 0.84、1.18、1.52 和 1.85。

与欧拉-马歇罗尼常数的类比

欧拉-马歇罗尼常数 γ 衡量的是调和级数 1 + 1/2 + 1/3 + ... + 1/n 与 ln(n) 之间的差距。迈塞尔-梅滕斯常数 M 则对素数倒数和 1/2 + 1/3 + 1/5 + ... + 1/p 与 ln(ln(n)) 扮演同样的角色。换句话说,它们都是具有对数增长的发散级数的校正常数。

迈塞尔-梅滕斯常数速览

迈塞尔-梅滕斯常数 M ≈ 0.26149 对素数倒数和所起的作用,与欧拉-马歇罗尼常数对调和级数所起的作用完全类似。Mertens 在 1874 年证明,1/2 + 1/3 + 1/5 + ... + 1/p = ln(ln(n)) + M + 一个更小的误差项。M 是否是无理数仍未知。它会出现在梅滕斯关于素数乘积的定理以及平滑数密度的研究中。M 与 γ 还通过一个对所有素数求和的显式公式相联系。

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