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本文主要研究2k+p形式的整数,k2n+1形式的整数,以及它们相关的若干问题,主要结果如下.
1.在1849年,de Polignac提出猜想:每一个大于3的奇数都可以表示为一个奇素数与2的方幂的和,在1934年,Romanoff证明了在正奇整数集合中能够表示为2k+p形式的整数占有正的比例,其中k为正整数,p为奇素数,另一方面,在1950年,van der Corput证明了在正奇整数集合中不能够表示为2k+p形式的整数也占有正的比例,其中k为正整数,p为奇素数.Erdos引进了同余覆盖系的概念,并且运用同余覆盖系方法证明了:存在一个正奇数组成的无穷算术级数,其中每一项都不能表示为2k+p形式,其中k为正整数,p为奇素数.在2004年,Chen和Sun证明了在正整数集合中能够表示为2k+p形式的整数占有的比例大于0.0868,其中k为正整数,p为奇素数,最近0.0868已经被Lü改进为0.09322,被Habsieger和Roblot改进为0.0933,被Pintz改进为0.09368.
在本文中,我们考虑了下面的问题,
问题1.如何确定所有的由正奇数组成的无穷算术级数,其中有正的比例可以表示为2k+p形式?
问题2.如果一个正奇数组成的无穷算术级数中能够表示为2k+p形式的整数密度为0,那么这个算术级数是否一定可以通过2k+p由一个同余覆盖系产生?
在本文中,我们解决了问题1和问题2.证明了如下几个结果:
对于给定的一个整数集合A,设B是A中所有的能够表示为2k+p形式的整数的集合,我们称B为A的Polignac-Romanoff-Corput-Erdos子集,并且记B=PRCE(A). PRCE(A)的上渐近密度和下渐近密度分别被称为A的上PRCE渐近密度和下PRCE渐近密度,给定正整数m.设m=2rm,2|m,并且e(m)是2(modm)的阶数,即e(m)是使得2l=1(mod m)成立的最小的正整数l.
定理,设m,u是整数,并且2|u和m>0,2|m.
(a)如果存在整数l满足1≤l≤e(m)和(u-2l,m)=1,那么算术级数{u+mk}<∞><,k=1>的下PRCE渐近密度至少为0.0851/(e(m)φ(m));
(b)如果不存在整数l满足1≤l≤e(m)和(u-2l,m)=1,那么算术级数{u+mk}<∞><,k=1>的PRCE密度为0.
推论1.一个正奇数组成的无穷算术级数的下PRCE密度为0当且仅当这个算术级数能够通过2k+p由一个同余覆盖系产生,
推论2.如果一个正奇数组成的无穷算术级数{u+mk}<∞><,k=1>的上PRCE密度不为0,那么算术级数{u+mk}<∞><,k=1>的下PRCE渐近密度至少为0.0851/(e(m)φ(m)).
2.最近,Yong-Gao Chen[On integers of the forms k±2n and k2n±1,J.Number Theory,125(2007)14-25.]提出了下面的两个猜想:(1)能够表为2n-p形式的正整数在正奇整数的全体中有正的下渐近密度,其中n为正整数,p为奇素数;(2)能够表为p-2n形式的正整数在正奇整数集合中有正的下渐近密度,其中n为正整数,p为奇素数.
在本文中,我们证明了这两个猜想正确,证明了以下几个结论:
定理1.能够表为2n-p形式的正整数在正整数的全体中占有的比例大于0.0283,其中n为正整数,p为奇素数,
定理2.能够表为p-2n形式的正整数在正整数的全体中占有的比例大于0.0283,其中n为正整数,p为奇素数,
定理3.设x充分大,则在不超过x的正整数的全体中恰有一种方法被表为2n-p形式的正整数占有的比例大于9.63·10-4,其中p为奇素数,且正整数n适合1.4427logx≤n≤1.4437logx.
定理4.设x充分大,则在不超过x的正整数的全体中恰有一种方法被表为p-2n形式的正整数占有的比例大于9.63·10-4,其中p为奇素数,且正整数n适合1.4427logx≤n≤1.4437logx.
3.在1960年,Sierpinski证明了存在无穷多个正奇数k,使得k2n+1对于所有的正整数n都是合数,在1979年,Erdos和Odlyzko证明了存在正整数n,使得k2n+1为素数的正奇数k在正整数集合中有正的下渐近密度.Erdos和Odlyzko也提出了下面的问题:所有不能表示为(p-1)2-n形式的正奇整数k,是否一定可以通过k2n+1由一个同余覆盖系产生?
在本文中,对于算术级数的情况,我们给出了肯定的答案,我们考虑了下面的问题,
问题1.如何确定所有的由正奇数组成的无穷算术级数,其中有正的比例可以表示为(p-1)2-n形式?
问题2.如果一个正奇数组成的无穷算术级数中能够表示为(p-1)2-n形式的整数密度为0,那么这个算术级数是否一定可以通过k2n+1由一个同余覆盖系产生?
在本文中,我们完全解决了上面的两个问题,我们得到了下面的主要结论.
给定一个正整数m.设m=2rm,2|m.用e(m)表示2(mod m)的阶数,即e(m)是使得2l≡1(mod m)成立的最小的正整数l.
定理,设m,S是正整数,2|s,2|m
(a)如果存在整数n0满足1≤n0≤e(m)和(2n0s+1,m)=1,那么在算术级数{s+mk}<∞><,k=1>中能够表示为(p-1)2-n的整数有正的下渐近密度.
(b)如果不存在整数n0满足1≤n0≤e(m)和(2n0s+1,m)=1,那么在算术级数{s+mk}<∞><,k=1>中能够表示为(p-1)2-n的整数的密度为0.
推论,一个正奇数组成的无穷算术级数能够通过k2n+1由一个同余覆盖系产生当且仅当这个算术级数中能够表示为(p-1)2-n的正整数占有的比例是0.