المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05
نـسـب الإنـتاجـيـة والغـرض مـنها
2024-11-05
المـقيـاس الكـلـي للإنتاجـيـة
2024-11-05
الإدارة بـمؤشـرات الإنـتاجـيـة (مـبادئ الإنـتـاجـيـة)
2024-11-05
زكاة الفطرة
2024-11-05

نظم تربية الدجاج البياض
15-9-2021
نقل الاجنة في الابقار
5-5-2016
آراء علماء النفس بالكذب
13/11/2022
بماذا نتختّم؟
2024-01-29
وحدة قصة بقرة بني اسرائيل
2023-07-24
التعريف بعدد من الكتب / مسائل علي بن جعفر.
2023-05-18

Prime Counting Function  
  
781   05:30 مساءً   date: 26-8-2020
Author : Baugh, D. and Walisch, K.
Book or Source : "New Confirmed pi(1027) Prime Counting Function Record
Page and Part : ...


Read More
Date: 16-9-2020 500
Date: 19-1-2020 590
Date: 1-8-2020 645

Prime Counting Function

 PrimeCountingFunction

The prime counting function is the function pi(x) giving the number of primes less than or equal to a given number x (Shanks 1993, p. 15). For example, there are no primes <=1, so pi(1)=0. There is a single prime (2) <=2, so pi(2)=1. There are two primes (2 and 3) <=3, so pi(3)=2. And so on.

The notation pi(n) for the prime counting function is slightly unfortunate because it has nothing whatsoever to do with the constant pi=3.1415.... This notation was introduced by number theorist Edmund Landau in 1909 and has now become standard. In the words of Derbyshire (2004, p. 38), "I am sorry about this; it is not my fault. You'll just have to put up with it."

Letting p_n denote the nth prime,p_n is a right inverse of pi(n) since

 pi(p_n)=n

(1)

for all positive integers. Also,

 p_(pi(n))=n

(2)

iff n is a prime number.

The first few values of pi(n) for n=1, 2, ... are 0, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6, ... (OEIS A000720). The Wolfram Language command giving the prime counting function for a number x is PrimePi[x], which works up to a maximum value of x approx 8×10^(13).

The notation pi_(a,b)(x) is used to denote the modular prime counting function, i.e., the number of primes of the form ak+b less than or equal to x (Shanks 1993, pp. 21-22).

The following table gives the values of pi(n) for powers of 10 (OEIS A006880), extending other printed tabulations (e.g., Hardy and Wright 1979, p. 4; Shanks 1993, pp. 242-243; Ribenboim 1996, p. 237; Derbyshire 2004, p. 35). Note that pi(10^9) was incorrectly computed as 50847478 by Meissel (1885), which is off by 56 (Havil 2003, p. 171), a result quoted by Hardy and Wright (1979) and Hardy (1999) and sometimes (erroneously) known as Bertelsen's number. The value for pi(10^(20)) comes from Deleglise and Rivat (1996), and pi(10^(21)) was reported by X. Gourdon on Oct. 27, 2000. Oliveira e Silva and X. Gourdon independently computed values for pi(10^(22)) and pi(10^(23)), but an error was found in the computations of Gourdon. The value given for pi(10^(23)) was computed by Tomás Oliveira e Silva, who verified this result using set sets of hardware and program parameters (pers. comm., Apr. 7, 2008). (Values of pi(x) computed independently by Oliveira e Silva and X. Gourdon already agree for all powers of 10 up to 10^(22).) pi(10^(25)) was computed by Büthe (2014), pi(10^(26)) by Staple in 2014 (Staple 2015), and pi(10^(27)) by D. Baugh and K. Walisch (2015) using the primecount fast prime counting function implementation (Walisch).

n pi(10^n) reference
1 4 antiquity
2 25 L. Pisano (1202; Beiler)
3 168 F. van Schooten (1657; Beiler)
4 1229 F. van Schooten (1657; Beiler)
5 9592 T. Brancker (1668; Beiler)
6 78498 A. Felkel (1785; Beiler)
7 664579 J. P. Kulik (1867; Beiler)
8 5761455 Meissel (1871; corrected)
9 50847534 Meissel (1886; corrected)
10 455052511 Lehmer (1959; corrected)
11 4118054813 Bohmann (1972; corrected)
12 37607912018  
13 346065536839  
14 3204941750802 Lagarias et al. (1985)
15 29844570422669 Lagarias et al. (1985)
16 279238341033925 Lagarias et al. (1985)
17 2623557157654233 M. Deleglise and J. Rivat (1994)
18 24739954287740860 Deleglise and Rivat (1996)
19 234057667276344607 M. Deleglise (June 19, 1996)
20 2220819602560918840 M. Deleglise (June 19, 1996)
21 21127269486018731928 pi(x) project (Dec. 2000)
22 201467286689315906290 P. Demichel and X. Gourdon (Feb. 2001)
23 1925320391606803968923 T. Oliveira e Silva (pers. comm., Apr. 7, 2008)
24 18435599767349200867866 Platt
25 176846309399143769411680 Büthe (2014)
26 1699246750872437141327603 Staple (2015)
27 16352460426841680446427399 D. Baugh and K. Walisch (2015)

One of the most fundamental and important results in number theory is the asymptotic form of pi(n) as n becomes large. This is given by the prime number theorem, which states that

 pi(n)∼Li(n),

(3)

where Li(x) is the logarithmic integral and ∼ is asymptotic notation. This relation was first postulated by Gauss in 1792 (when he was 15 years old), although not revealed until an 1849 letter to Johann Encke and not published until 1863 (Gauss 1863; Havil 2003, pp. 176-177).

PrimeCountingFunctions

The following table compares the prime counting function pi(x), Riemann prime counting function R(x), and logarithmic integral Li(x) for powers of ten, i.e., x=10^n. The corresponding differences are plotted above for small x. Note that the values given by Hardy (1999, p. 26) for x=10^9 are incorrect. In the following table, [x] denotes the nearest integer function. A similar table comparing pi(10^n) and Li(10^n) is given by Borwein and Bailey (2003, p. 65).

Sloane A057794 A057752
n [pi(10^n)-R(10^n)] [pi(10^n)-Li(10^n)]
1 1 -2
2 1 -5
3 0 -10
4 2 -17
5 -5 -38
6 29 -130
7 88 -339
8 97 -754
9 -79 -1701
10 -1828 -3104
11 -2318 -11588
12 -1476 -38263
13 -5773 -108971
14 -19200 -314890
15 73218 -1052619
16 327052 -3214632
17 -598255 -7956589
18 -3501366 -21949555
19 23884333 -99877775
20 -4891825 -222744644
21 -86432204 -597394254
22 -127132665 -1932355208

The prime counting function can be expressed by Legendre's formula, Lehmer's formula, Mapes' method, or Meissel's formula. A brief history of attempts to calculate pi(n) is given by Berndt (1994). The following table is taken from Riesel (1994), where O(x) is asymptotic notation.

method time complexity storage complexity
Lagarias-Miller-Odlyzko O(x^(2/3+epsilon)) O(x^(1/3+epsilon))
Lagarias-Odlyzko 1 O(x^(3/5+epsilon)) O(x^epsilon)
Lagarias-Odlyzko 2 O(x^(1/2+epsilon)) O(x^(1/4+epsilon))
Legendre's formula O(x) O(x^(1/2))
Lehmer O(x/(lnx)^4) O(x^(1/3)/lnx)
Mapes' method O(x^(0.7)) O(x^(0.7))
Meissel O(x/(lnx)^3) O(x^(1/2)/lnx)

PrimePiHarmonic

An approximate formula due to Locker-Ernst (Locker-Ernst 1959; Panaitopol 1999; Havil 2003, pp. 179-180), illustrated above, is given by

 pi(n) approx n/(h_n),

(4)

where h_n is related to the harmonic number H_n by h_n=H_n-3/2. This formula is within  approx 2 of the actual value for 50<=n<=1000. The values for which pi(n)-n/h_n>0 are 1, 109, 113, 114, 199, 200, 201, ... (OEIS A051046). Panaitopol (1999) shows that this quantity is positive for all n>=1429.

An upper bound for pi(n) is given by

 pi(n)<(1.25506n)/(lnn)

(5)

for n>1, and a lower bound by

 n/(lnn)<pi(n)

(6)

for n>=17 (Rosser and Schoenfeld 1962).

Hardy and Wright (1979, p. 414) give the formula

 pi(n)=-1+sum_(j=3)^n[(j-2)!-j|_((j-2)!)/j_|]

(7)

for n>3, where |_x_| is the floor function.

A modified version of the prime counting function is given by

 pi_0(p)={pi(p)   for p composite; pi(p)-1/2   for p prime

(8)

 pi_0(p)=sum_(n=1)^infty(mu(x)f(x^(1/n)))/n,

(9)

where mu(n) is the Möbius function and f(x) is the Riemann prime counting function.

Ramanujan also showed that

 (dpi(x))/(dx)∼1/(xlnx)sum_(n=1)^infty(mu(n))/nx^(1/n),

(10)

where mu(n) is the Möbius function (Berndt 1994, p. 117; Havil 2003, p. 199).

The smallest x such that x>=npi(x) for n=2, 3, ... are 2, 27, 96, 330, 1008, ... (OEIS A038625), and the corresponding pi(x) are 1, 9, 24, 66, 168, 437, ... (OEIS A038626). The number of solutions of x=npi(x) for n=2, 3, ... are 4, 3, 3, 6, 7, 6, ... (OEIS A038627).

Ramanujan showed that for sufficiently large x,

 pi^2(x)<(ex)/(lnx)pi(x/e).

(11)

This holds for x=6, 9, 10, 12, 14, 15, 16, 18, ... (OEIS A091886). The largest known prime for which the inequality fails is 38358837677 (Berndt 1994, pp. 112-113). The related inequality

 [li(x)]^2<(ex)/(lnx)li(x/e)

(12)

where

 li(x)=int_0^x(dt)/(lnt),

(13)

is true for x>=2418 and no smaller number (Berndt 1994, p. 114).


REFERENCES:

Baugh, D. and Walisch, K. "New Confirmed pi(1027) Prime Counting Function Record." https://www.mersenneforum.org/showthread.php?t=20473. Sep. 6, 2015.

Beiler, A. H. Recreations in the Theory of Numbers: The Queen of Mathematics Entertains. New York: Dover, p. 218, 1966.

Berndt, B. C. Ramanujan's Notebooks, Part IV. New York: Springer-Verlag, pp. 134-135, 1994.

Booker, A. "The Nth Prime Page." https://primes.utm.edu/nthprime/.

Borwein, J. and Bailey, D. "Prime Numbers and the Zeta Function." Mathematics by Experiment: Plausible Reasoning in the 21st Century. Wellesley, MA: A K Peters, pp. 63-72, 2003.

Brent, R. P. "Irregularities in the Distribution of Primes and Twin Primes." Math. Comput. 29, 43-56, 1975.

Büthe, J. "A Practical Analytic Method for Calculating pi(x) II." 26 Oct 2014. https://arxiv.org/abs/1410.7008.

Caldwell, C. "How Many Primes Are There?" https://primes.utm.edu/howmany.shtml.

Deleglise, M. and Rivat, J. "Computing pi(x): The Meissel, Lehmer, Lagarias, Miller, Odlyzko Method." Math. Comput. 65, 235-245, 1996.

Derbyshire, J. Prime Obsession: Bernhard Riemann and the Greatest Unsolved Problem in Mathematics. New York: Penguin, 2004.

Finch, S. R. "Hardy-Littlewood Constants." §2.1 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 84-94, 2003.

Forbes, T. "Prime k-tuplets." https://anthony.d.forbes.googlepages.com/ktuplets.htm.

Gauss, C. F. Werke, Band 10, Teil I. p. 10, 1863.

Gourdon, X. "New Record Computation for pi(x), x=10^21." 27 Oct 2000. https://listserv.nodak.edu/scripts/wa.exe?A2=ind0010&L=nmbrthry&P=2988.

Guiasu, S. "Is There Any Regularity in the Distribution of Prime Numbers at the Beginning of the Sequence of Positive Integers?" Math. Mag. 68, 110-121, 1995.

Hardy, G. H. Ramanujan: Twelve Lectures on Subjects Suggested by His Life and Work, 3rd ed. New York: Chelsea, 1999.

Hardy, G. H. and Wright, E. M. An Introduction to the Theory of Numbers, 5th ed. Oxford, England: Clarendon Press, 1979.

Havil, J. Gamma: Exploring Euler's Constant. Princeton, NJ: Princeton University Press, pp. 164-188, 2003.

Lagarias, J.; Miller, V. S.; and Odlyzko, A. "Computing pi(x): The Meissel-Lehmer Method." Math. Comput. 44, 537-560, 1985.

Lagarias, J. and Odlyzko, A. "Computing pi(x): An Analytic Method." J. Algorithms 8, 173-191, 1987.

Locker-Ernst, L. "Bemerkung über die Verteilung der Primzahlen." Elemente Math. (Basel) 14, 1-5, 1959.

Mapes, D. C. "Fast Method for Computing the Number of Primes Less than a Given Limit." Math. Comput. 17, 179-185, 1963.

Meissel, E. D. F. "Über die Bestimmung der Primzahlmenge innerhalb gegebener Grenzen." Math. Ann. 2, 636-642, 1870.

Meissel, E. D. F. "Berechnung der Menge von Primzahlen, welche innerhalb der ersten Milliarde naturlicher Zahlen vorkommen." Math. Ann. 25, 251-257, 1885.

Nagell, T. "The Function pi(x)." §16 in Introduction to Number Theory. New York: Wiley, pp. 54-57, 1951.

Panaitopol, L. "Several Approximations of pi(x)." Math. Ineq. Appl. 2, 317-324, 1999.

Platt, D. "Computing pi(x) Analytically." To appear in Math. Comput.

Ribenboim, P. The New Book of Prime Number Records, 3rd ed. New York: Springer-Verlag, 1996.

Riesel, H. "The Number of Primes Below x." Prime Numbers and Computer Methods for Factorization, 2nd ed. Boston, MA: Birkhäuser, pp. 10-12, 1994.

Rosser, J. B. and Schoenfeld, L. "Approximate Formulas for Some Functions of Prime Numbers." Illinois J. Math. 6, 64-97, 1962.

Séroul, R. "The Function pi(x)." §8.7 in Programming for Mathematicians. Berlin: Springer-Verlag, pp. 175-181, 2000.

Shallit, J. https://www.math.uwaterloo.ca/~shallit/bib/pi.bib.

Shanks, D. Solved and Unsolved Problems in Number Theory, 4th ed. New York: Chelsea, 1993.

Sloane, N. J. A. Sequences A000720/M0256, A006880/M3608, A038625, A038626, A038627, A052434, A052435, A057752, A057794, and A091886 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Staple, D. B. "The Combinatorial Algorithm for Computing pi(x)." https://arxiv.org/abs/1503.01839. 28 May 2015.

Vardi, I. Computational Recreations in Mathematica. Reading, MA: Addison-Wesley, pp. 74-76, 1991.

Walisch, K. "Fast Prime Counting Function Implementations." https://github.com/kimwalisch/primecount.

Wolf, M. "Unexpected Regularities in the Distribution of Prime Numbers." https://www.ift.uni.wroc.pl/~mwolf/.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.