Hopp til hovedinnholdet
www.matematikk.org

En anvendelse i tallteori

Hvordan kan logaritmer anvendes i tallteori?

Vi tar en tur utenfor pensum og ser hvordan logaritmer kan anvendes i tallteori. Vi definerer en funksjon π, hvor πx er antall primtall mindre enn eller lik x. Da har vi følgende:

Teorem

Hvis x≥2, så er πx≥lnlnx.

Bevis

La pn være primtall nummer n. Det vil si at p1=2,p2=3,p3=5 og så videre. La oss nå ta produktet av alle disse og legge til 1:

p1⋅⋅⋅pn+1.

Vi merker at ingen av primtallene p1,p2,...,pn kan dele dette tallet: vi kommer alltid til å få 1 i rest. Dermed vet vi at det neste primtallet, pn+1, ikke kan være større enn dette produktet. Med andre ord har vi

pn+1≤p1⋅⋅⋅pn+1.

Nå viser vi at pn<22n ved induksjon. Tilfellet n=1 er umiddelbart: 2<4. Anta at pk<22k. Vi vet at

pk+1<221⋅222⋅⋅⋅22k+1=2∑i=1k2i+1

Rekken i eksponenten er geometrisk med kvotient 2. Vi vet at denne rekker konvergerer til

22n-1-12-1=2n-2

Dermed har vi

pk+1<22k-2+1<22k+1

Dette fullfører induksjonsbeviset, så vi har pn<22n for alle n. Dermed må det være minst n primtall under 22n:

π 22n≥n

Nå gjør vi antagelsen at x>e, og velger et heltall n slik at

een-1<x≤een

(Merk at dette alltid finnes et slikt heltall, om du er i tvil, se på grafen til funksjonen fx=ex) Når n=4, så er en-1>2. Siden eksponentialfunksjonen ex vokser fortere enn 2x (siden e>2), så vet vi at en-1>2n for alle n≥4. Dermed har vi, for vårt valg av n og x,

πx≥πeen-1.

Siden en-1>2n for n≥4 har vi

πeen-1≥πe2n≥π22n.

Men vi har allerede vist at

π22n≥n.

Men siden x≤een, så er lnx≤en, og lnlnx≤n. Dermed har vi

n≥lnlnx

og vi har vist at

πx≥lnlnx.

Merk at beviset ikke holder for veldig små verdier av x, men disse kan sjekkes manuelt.

Del på Facebook

Del på Facebook

Hopp over bunnteksten