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梅滕斯函數
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<!--[[File:Mertens.svg|thumb|right|一萬以內的梅滕斯函數]] [[File:Mertens-big.svg|thumb|right|一千萬以內的梅滕斯函數]]--> [[File:Congettura Mertens.png|thumb|right|图示为[[梅滕斯函數|梅滕斯函数]]的前10000项与梅滕斯猜想中的界限]] '''梅滕斯函數'''(Mertens function)為一[[數論]]中的函數,針對所有[[正整數]]''n''定义,得名自[[弗朗茨·梅滕斯]],梅滕斯函數定义如下 :<math>M(n) = \sum_{k=1}^n \mu(k)</math>, 其中μ是[[默比乌斯函数]]。 上述定義也可以延伸到[[實數]]: :<math>M(x) = \sum_{1\le k \le x} \mu(k).</math> 以較不嚴謹的說法來看,M(n)是計算到n為止的[[无平方数因数的数]],其中有偶數個質因數的個數,減去有奇數個質因數的個數。 ==梅滕斯函數的值及其零點== 前160個梅滕斯函數的值為{{OEIS|id=A002321}} {|class="wikitable" |n |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |13 |14 |15 |16 |17 |18 |19 |20 |- |''M''(''n'') |1 |0 |-1 |-1 |-2 |-1 |-2 |-2 |-2 |-1 |-2 |-2 |-3 |-2 |-1 |-1 |-2 |-2 |-3 |-3 |- |n |21 |22 |23 |24 |25 |26 |27 |28 |29 |30 |31 |32 |33 |34 |35 |36 |37 |38 |39 |40 |- |''M''(''n'') |-2 |-1 |-2 |-2 |-2 |-1 |-1 |-1 |-2 |-3 |-4 |-4 |-3 |-2 |-1 |-1 |-2 |-1 |0 |0 |- |n |41 |42 |43 |44 |45 |46 |47 |48 |49 |50 |51 |52 |53 |54 |55 |56 |57 |58 |59 |60 |- |''M''(''n'') |-1 |-2 |-3 |-3 |-3 |-2 |-3 |-3 |-3 |-3 |-2 |-2 |-3 |-3 |-2 |-2 |-1 |0 |-1 |-1 |- |n |61 |62 |63 |64 |65 |66 |67 |68 |69 |70 |71 |72 |73 |74 |75 |76 |77 |78 |79 |80 |- |''M''(''n'') |-2 |-1 |-1 |-1 |0 |-1 |-2 |-2 |-1 |-2 |-3 |-3 |-4 |-3 |-3 |-3 |-2 |-3 |-4 |-4 |- |n |81 |82 |83 |84 |85 |86 |87 |88 |89 |90 |91 |92 |93 |94 |95 |96 |97 |98 |99 |100 |- |''M''(''n'') |-4 |-3 |-4 |-4 |-3 |-2 |-1 |-1 |-2 |-2 |-1 |-1 |0 |1 |2 |2 |1 |1 |1 |1 |- |n |101 |102 |103 |104 |105 |106 |107 |108 |109 |110 |111 |112 |113 |114 |115 |116 |117 |118 |119 |120 |- |''M''(''n'') |0 |-1 |-2 |-2 |-3 |-2 |-3 |-3 |-4 |-5 |-4 |-4 |-5 |-6 |-5 |-5 |-5 |-4 |-3 |-3 |- |n |121 |122 |123 |124 |125 |126 |127 |128 |129 |130 |131 |132 |133 |134 |135 |136 |137 |138 |139 |140 |- |''M''(''n'') |-3 |-2 |-1 |-1 |-1 |-1 |-2 |-2 |-1 |-2 |-3 |-3 |-2 |-1 |-1 |-1 |-2 |-3 |-4 |-4 |- |n |141 |142 |143 |144 |145 |146 |147 |148 |149 |150 |151 |152 |153 |154 |155 |156 |157 |158 |159 |160 |- |''M''(''n'') |-3 |-2 |-1 |-1 |0 |1 |1 |1 |0 |0 |-1 |-1 |-1 |-2 |-1 |-1 |-2 |-1 |0 |0 |} 梅滕斯函數緩慢的增長及減少,不論其平均值或是峰值都有類似特性,其函數以類似混沌的方式,在零的上下變化,梅滕斯函數在以下幾點的數值為零: :2, 39, 40, 58, 65, 93, 101, 145, 149, 150, 159, 160, 163, 164, 166, 214, 231, 232, 235, 236, 238, 254, ... {{OEIS|id=A028442}}. === 實際計算 === 利用類似質數計算的[[埃拉托斯特尼筛法]],可以隨著''n''的增加,計算梅滕斯函數 {| cellpadding="5" border="1" |- style="background:gray; color:white" | 計算者 || 年份 || 上限 |- style="vertical-align:bottom;" | Mertens || 1897 || 10<sup>4</sup> |- style="vertical-align:bottom;" | von Sterneck || 1897 || 1.5{{e|5}} |- style="vertical-align:bottom;" | von Sterneck || 1901 || 5{{e|5}} |- style="vertical-align:bottom;" | von Sterneck || 1912 || 5{{e|6}} |- style="vertical-align:bottom;" | Neubauer || 1963 || 10<sup>8</sup> |- style="vertical-align:bottom;" | Cohen and Dress || 1979 || 7.8{{e|9}} |- style="vertical-align:bottom;" | Dress || 1993 || 10<sup>12</sup> |- style="vertical-align:bottom;" | Lioen and van de Lune || 1994 || 10<sup>13</sup> |- style="vertical-align:bottom;" | Kotnik and van de Lune || 2003 || 10<sup>14</sup> |} 所有不大於''N''正整數的梅滕斯函數可以在用O(N<sup>2/3+ε</sup>)時間內算出來,不過已知有更好的演算法。有基本的演算法可以計算單獨的''M(N)'',時間複雜度為''O(N<sup>2/3</sup>*(ln ln(N))<sup>1/3</sup>)''。 {{OEIS2C|A084237}}為[[10的冪]]下的梅滕斯函數。 ==梅滕斯猜想和黎曼猜想== 因為默比乌斯函数的數值只有-1、0及+1,因此梅滕斯函數緩慢的變化,不存在正整數''n''使得|''M''(''n'')| > ''n''。[[默滕斯猜想|梅滕斯猜想]]更進一步,認為不存在正整數''n''使得梅滕斯函數的絕對值超過數值的平方根。梅滕斯猜想是由[[汤姆斯·斯蒂尔吉斯]]在一封于1885年写给[[夏尔·埃尔米特]]与[[弗朗茨·梅滕斯]]的信中提出的,已在1985年被{{le|安德魯·奧德里茲科|Andrew Odlyzko}}與{{le|赫爾曼·特里爾|Herman te Riele}}證否<ref>{{Citation | last1=Odlyzko | first1=A. M. | last2=te Riele | first2=H. J. J. | title=Disproof of the Mertens conjecture | url=http://www.dtc.umn.edu/~odlyzko/doc/arch/mertens.disproof.pdf | doi=10.1515/crll.1985.357.138 | mr=783538 | year=1985 | journal=Journal für die reine und angewandte Mathematik | volume=357 | pages=138–160 | zbl=0544.10047 | issn=0075-4102 | accessdate=2015-07-25 | archive-date=2015-09-12 | archive-url=https://web.archive.org/web/20150912022420/http://www.dtc.umn.edu/~odlyzko/doc/arch/mertens.disproof.pdf | dead-url=no }}</ref>。 [[黎曼猜想]]等價於較弱型式的梅滕斯猜想''M''(''n'') = ''O''(''n''<sup>1/2 + ε</sup>)。因為較高的''M''(''n'')成長的速度至少和''n''的平方根一様快,因此可以對成長速率定出上下限。此處的''O''為[[大O符号]]。 == 参见 == *[[梅滕斯猜想]] * [[劉維爾函數]] == 參考資料 == {{reflist}} *{{cite book | last = Edwards | first = Harold | title = Riemann's Zeta Function | publisher = Dover | location = Mineola, New York | year = 1974 | isbn = 0-486-41740-9}} * F. Mertens, "Über eine zahlentheoretische Funktion", ''Akademie Wissenschaftlicher Wien Mathematik-Naturlich'' Kleine Sitzungsber, IIa '''106''', (1897) 761–830. * {{mathworld|urlname=MertensFunction|title=Mertens function}} * {{cite web | url=http://www.prespacetime.com/index.php/pst/issue/view/42 | title=Borel Resummation & the Solution of Integral Equations | accessdate=2015-07-26 | author=Jose Javier Garcia Moreta | archive-date=2015-07-25 | archive-url=https://web.archive.org/web/20150725210759/http://www.prespacetime.com/index.php/pst/issue/view/42 | dead-url=no }} * {{SloanesRef |sequencenumber=A002321|name=Mertens's function}} * {{cite journal | url=http://projecteuclid.org/euclid.em/1047565447 | title=Computing the Summation of the Möbius Function. | author=Marc Deléglise, Joöl Rivat | journal=Experiment. Math | year=1996 | volume=2 | pages=291-295 | access-date=2015-07-25 | archive-date=2015-07-26 | archive-url=https://web.archive.org/web/20150726015526/http://projecteuclid.org/euclid.em/1047565447 | dead-url=no }} [[Category:解析数论]]
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