Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar. Additív számelméleti függvények eloszlása

Hasonló dokumentumok
f(n) n x g(n), n x π 2 6 n, σ(n) n x

Valószínűségszámítás összefoglaló

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

A sorozat fogalma. függvényeket sorozatoknak nevezzük. Amennyiben az értékkészlet. az értékkészlet a komplex számok halmaza, akkor komplex

Boros Zoltán február

Sorozatok, sorok, függvények határértéke és folytonossága Leindler Schipp - Analízis I. könyve + jegyzetek, kidolgozások alapján

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Explicit hibabecslés Maxwell-egyenletek numerikus megoldásához

Metrikus terek, többváltozós függvények

minden x D esetén, akkor x 0 -at a függvény maximumhelyének mondjuk, f(x 0 )-at pedig az (abszolút) maximumértékének.

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 4. Előadás

1/1. Házi feladat. 1. Legyen p és q igaz vagy hamis matematikai kifejezés. Mutassuk meg, hogy

Fraktálok. Hausdorff távolság. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék március 14.

SHk rövidítéssel fogunk hivatkozni.

Függvények folytonosságával kapcsolatos tételek és ellenpéldák

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

4. Az A és B események egymást kizáró eseményeknek vagy idegen (diszjunkt)eseményeknek nevezzük, ha AB=O

Gauss-Seidel iteráció

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Centrális határeloszlás-tétel

ÉS STATISZTIKUS KONVERGENCIÁRA,

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Általánosan, bármilyen mérés annyit jelent, mint meghatározni, hányszor van meg

1. Az integrál tégla-additivitása

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Számsorok. 1. Definíció. Legyen adott valós számoknak egy (a n ) n=1 = (a 1, a 2,..., a n,...) végtelen sorozata. Az. a n

3. Lineáris differenciálegyenletek

Jelölés. Az egyszerűség kedvéért (a, b) ρ helyett gyakran azt írjuk, hogy aρb.

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

ANALÍZIS III. ELMÉLETI KÉRDÉSEK

A következő feladat célja az, hogy egyszerű módon konstruáljunk Poisson folyamatokat.

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Diszkrét Matematika. zöld könyv ): XIII. fejezet: 1583, 1587, 1588, 1590, Matematikai feladatgyűjtemény II. (

Mérhetőség, σ-algebrák, Lebesgue Stieltjes-integrál, véletlen változók és eloszlásfüggvényeik

Hadamard-mátrixok Előadó: Hajnal Péter február 23.

Folytonos görbék Hausdorff-metrika Mégegyszer a sztringtérről FRAKTÁLGEOMETRIA. Metrikus terek, Hausdorff-mérték. Czirbusz Sándor

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Minden x > 0 és y 0 valós számpárhoz létezik olyan n természetes szám, hogy y nx.

x, x R, x rögzített esetén esemény. : ( ) x Valószínűségi Változó: Feltételes valószínűség: Teljes valószínűség Tétele: Bayes Tétel:

Alapfogalmak, valós számok Sorozatok, határérték Függvények határértéke, folytonosság A differenciálszámítás Függvénydiszkusszió Otthoni munka

Normális függvénycsaládok. Alkalmazások harmonikus függvényekre.

Molnár Bence. 1.Tétel: Intervallumon értelmezett folytonos függvény értékkészlete intervallum. 0,ami ellentmondás uis. f (x n ) f (y n ) ε > 0

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

Valószínűségelmélet. Pap Gyula. Szegedi Tudományegyetem. Szeged, 2016/2017 tanév, I. félév

Függvények növekedési korlátainak jellemzése

Megoldások. ξ jelölje az első meghibásodásig eltelt időt. Akkor ξ N(6, 4; 2, 3) normális eloszlású P (ξ

Hatványsorok, Fourier sorok

e (t µ) 2 f (t) = 1 F (t) = 1 Normális eloszlás negyedik centrális momentuma:

Közepek Gauss-kompozíciója Gondolatok egy versenyfeladat kapcsán

1. Alapfogalmak Algoritmus Számítási probléma Specifikáció Algoritmusok futási ideje

4. SOROK. a n. a k (n N) a n = s, azaz. a n := lim

4. Előadás: Erős dualitás

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

A fontosabb definíciók

Sorozatok. 5. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Sorozatok p. 1/2

Matematika (mesterképzés)

Programtervező informatikus I. évfolyam Analízis 1

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Wigner tétele kvantummechanikai szimmetriákról

Véletlenszám generátorok és tesztelésük. Tossenberger Tamás

MODELLEK ÉS ALGORITMUSOK ELŐADÁS

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Kétváltozós periodikus függvények, általánosított Lipschitz és Zygmund osztályok

Laplace-transzformáció. Vajda István február 26.

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

Gauss-Jordan módszer Legkisebb négyzetek módszere, egyenes LNM, polinom LNM, függvény. Lineáris algebra numerikus módszerei

Fourier transzformáció

TOVÁBBI FELADATOK A következő feladatok véletlen bolyongásokkal kapcsolatos kérdésekről szólnak.

14 A Black-Scholes-Merton modell. Options, Futures, and Other Derivatives, 8th Edition, Copyright John C. Hull

Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

Itô-formula. A sztochasztikus folyamatok egyik legfontosabb formulája. Medvegyev Péter Matematika tanszék

Diszkrét matematika I.

Differenciálegyenlet rendszerek

Készítette: Fegyverneki Sándor

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Deníciók és tételek a beugró vizsgára

Közlemény. Biostatisztika és informatika alapjai. Alapsokaság és minta

Nagyságrendek. Kiegészítő anyag az Algoritmuselmélet tárgyhoz. Friedl Katalin BME SZIT február 1.

A Baire-tételről egy KöMaL feladat kapcsán

KETTŐS TRIGONOMETRIKUS FOURIER-SOROK ÉS WALSH-FOURIER-SOROK ABSZOLÚT KONVERGENCIÁJA VERES ANTAL

A Föld középpontja felé szabadon eső test sebessége növekszik, azaz, a

2010. október 12. Dr. Vincze Szilvia

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

Elméleti összefoglaló a Valószín ségszámítás kurzushoz

17. előadás: Vektorok a térben

Számelméleti alapfogalmak

Kalkulus 2., Matematika BSc 1. Házi feladat

GPK M1 (BME) Interpoláció / 16

Obudai Egyetem RKK Kar. Feladatok a Matematika I tantárgyhoz

Komplex számok. A komplex számok algebrai alakja

Kalkulus II. Beugró kérdések és válaszok 2012/2013 as tanév II. félév

1. Absztrakt terek 1. (x, y) x + y X és (λ, x) λx X. műveletek értelmezve vannak, és amelyekre teljesülnek a következő axiómák:

Átírás:

Eötvös Loránd Tudományegyetem Informatikai Kar Additív számelméleti függvények eloszlása Doktori értekezés tézisei Germán László Témavezető Prof. Dr. Kátai Imre akadémikus Informatika Doktori Iskola vezető: Prof. Dr. Demetrovics János akadémikus Doktori Program: Numerikus és szimbolikus számítások rogramvezető: Prof. Dr. Járai Antal a matematika tudományok doktora 2008.

. Bevezető - a dolgozat célja Egy f : N C számelméleti függvényt additívnak nevezünk, ha f(n m) = f(n) + f(m) minden (m, n) = -re teljesül. Az ilyen függvényeket egyértelműen meghatározzák a rímhatvány helyeken felvett értékeik. Ha f(n m) = f(n) + f(m) teljesül minden további nélkül, akkor f teljesen additív, és ha f( α ) = f() állandó α esetén minden rímre, akkor f -et erősen additívnak nevezzük. Legyen f egy valós értékű additív függvény, és 0 < x. f gyakoriságát minden valós z esetén az F x (z) := x n x f(n) z utasítással értelmezük. Ekkor F x (z) egy eloszlásfüggvény, és azt mondjuk hogy f nek van határeloszlása, ha alkalmas F eloszlásfüggvény esetén F x (z) F (z) (x ), az F minden z folytonossági ontjában. Ezt a konvergenciát gyenge konvergenciának hívjuk, jelölésben: F x F (x ). Kiderült, hogy f ezen tulajdonsága egyenértékű az ún. Erdős-Wintner feltétellel, azaz a három sor f() >, f() f(), f() f 2 () konvergenciájával. Ezt a roblémát sokkal általánosabban is megfogalmazhatjuk. Legyen A x az N egy olyan részhalmaza, hogy A x [..x] nem üres < x esetén. f gyakorisága A x -en most az ν x (n A x ; f(n) z) := A x [..x] n x n Ax f(n) z utasítással értelmezett. Felmerülhet a kérdés, hogy f-nek van-e határeloszlása ezen a halmazon, azaz () ν x (n A x ; f(n) z) F (z) (x )

teljesül-e alkalmas F (z) re. Erdős és Wintner azt a kérdést vizsgálták amikor A x -et N-nek vesszük (ld. éldául [2]). Kátai és Hildebrand ([4], [3]) az A x = P + esettel foglalkoztak, ahol P a rímek halmazát jelöli. Ezen dolgozat célja hasonló eloszlásroblémák vizsgálata A x = {n x : ω(n ) = k x }, esetben ahol ω(n) az n különböző rímfaktorainak számát jelöli, és k x ε(x) log log x ahol ε(x) 0 (x ). Észrevehetjük, hogy Kátai és Hildebrand roblémája a k x = esetnek felel meg (a magasabb rímhatványoktól eltekintve, amelyeknek nulla a relatív sűrűsége a rímhatványok között). A 3. Fejezet eredményeit felhasználva a 6. Fejezetben olyan Erdős-Kac tíusú tételek kerülnek kidolgozásra, amelyekről úgy tűnik, eddig csak rögzített k és A x -re való megszorítás mellett szereelnek az irodalomban (ld. []). Az összefoglaló további jelölései: azon ozitív egészek halmazát, amelyeknek k különböző rímfaktora van, P k -val jelöljük. P k azon elemeinek halmazát melyek x-nél nem nagyobbak P k (x)-szel jelöljük. P k (x) elemeinek számát π k (x) jelöli. k = esetben elhagyhatjuk az indexet. 2. Alkalmazott módszerek Több módon vizsgálhatunk számelméleti eloszláskérdéseket. Egyik legfontosabb ezek közül az ún. Kubilius modell, amelyet a 3. Fejezetben tárgyalunk. Lévy folytonossági tétele lehetővé teszi, hogy eloszlásfüggvények gyenge konvergenciáját egy abszolútértékű multilikatív függvények közéértékein keresztül vizsgáljuk. Azaz, () akkor és csak akkor érvényes F minden z folytonossági ontjában ha lim x A x [..x] n x n Ax e itf(n) minden valós t-re létezik, és a határérték által meghatározott ψ(t) függvény folytonons t = 0 -ban. Ekkor ersze F karakterisztikus függvénye megegyezik ψ -vel. Ezt az eljárást használjuk a 4. Fejezetben. Bár itt elkészülnek a szükséges közéérték számítások, az 5. Fejezetben általános érvényű eredmények is találhatók. Az itt használt módszer amely a 4. és 6. Fejezetekben is jelen van, lehetővé teszi, hogy a roblémát a P k halmaz helyett az eltolt rímek halmazán vizsgáljuk. 2

A 6. Fejezetben az. és a 4. Fejezetben használt módszerek kombinációját használjuk. Az Erdős-Wintner feltétel szükségességét a 4.Fejezetben Hildebrand (ld. [3]) módszerével bizonyítjuk. 3. Eredmények 3.. A 2. Fejezet eredményei Ebben a részben a P k halmaz feléítésébe nyerünk betekintést. Használni fogjuk a következő lényeges feltételt: legyen ε(x) olyan, hogy ε(x) 0 ahogy x. Azt mondjuk hogy a k egész A(ε, x) tulajdonságú ha 2 k ε(x) log log x. Legyen n n = r r 2 2 r k k, < 2 <... < k alakú. Legyen továbbá δ j (n) = r r j j (j =,..., k), és γ j (n) = log j+ log δ j (n) (j =,..., k ). Az első eredmény szerint P k majdnem minden elemére igaz, hogy a j +-edik rímfaktora nagy az elso j rímosztó szorzatához kéest. Azaz ha akkor igaz a következő (n) = min γ j(n) j=,...k. Lemma Tegyük fel, hogy a k egész A(ε, x) tulajdonságú és legyen M = M x olyan, hogy log log M = log log x. Ekkor van egy olyan, legfeljebb ε(x)-től függő A x sorozat, hogy A x ahogy x úgy, hogy és (π k ) A x, r = r 2 = = r k =, > M érvényes P k (x)minden elemére legfeljebb o()π k (x) kivétellel ahogy x. 3

3.2. A 3. Fejezet eredményei Ezen rész legfontosabb eredménye az additív függvények valószínűségi tulajdonságait tárja fel. 2. Lemma Legyen f(n) egy erősen additív valós számelméleti függvény, x > 2, 0 < σ és legyen valamely r x σ esetén. Legyen f r (n) = n r Ekkor tetszőleges A > 0 választással f(), K D (x) = {D + x : P}. (ν x =)ν(n K D (x) : f r (n) z) = P( r D X z) + O(ex( log x log r ) + log A x) egyenletesen minden D x σ -re teljesül, ahol a valamely alkalmas (Ω, A, P) valószínűségi tér feletti X független valószínűségi változókat minden rímre a következőkéen definiálhatjuk eloszlásukkal: { f() ϕ() X = valószínűséggel 0 valószínűséggel. ϕ() 3.3. A 4. Fejezet eredményei A megfelelő Erdős-Wintner tétel a következő:. Tétel Legyen f egy valós additív függvény. Legyen F k,x (z) := ν x (n P k + ; f(n) z). Tegyük fel, hogy van egy k = k x sorozat, amelynek minden tagja A(ε, x) tulajdonságú, és egy olyan F eloszlásfüggvény, hogy F k,x F. Ekkor az Erdős-Wintner feltétel teljesül. Fordítva tegyük fel, hogy az Erdős-Wintner feltétel érvényes f-re. Ekkor egy alkalmas G eloszlásfüggvénnyre max 2 k ε(x) F k,x (z) G(z) 0 (x ) log log x 4

teljesül G minden z folytonossági ontjában. Következéskéen F = G. F karakterisztikus függvénye ϕ(t) = ( + h()), ahol h () = + m= e itf(m ) m. Ezen tétel bizonyításához Kátai eredményének a DP + halmazra való általánosítására lesz szükségünk, ami a következő 2. Tétel Az előző tételben szerelő jelölésekkel élve, legyen f egy valós additív függvény, és tegyük fel, hogy, f 2 () f() > f() konvergál. Legyen σ > 0, és ϱ = min{σ/4, /4}. Legyen továbbá A (x) := f (), a (m) := f() x f() m f (). Legyen még K D (x) = {D + x P}. F D,x (y) := ( (( ) ϱ ) x ν x (n K D (x), f (n) A D ) ) a (D) z, ϕ D,x (t) karakterisztikus függvénnyel, és legyen ϕ D (t) := f() it ( + h ()) ( + h ()) e. Ekkor f() > D f() D max ϕ D,x (t) ϕ D (t) 0 D x σ (x ), egyenletesen t minden korlátos értéke mellett, azaz ha t < T, T tetszőleges konstans. 5

3.4. Az 5. Fejezet eredményei A következő, általános érvényű közéértéktételt lehet megadni: 3. Tétel Legyen f(n) egy abszolútértékű multilikatív függvény. Legyen továbbá d egy ozitív egész. Tegyük fel, hogy van egy olyan valós τ, hogy χ()f() iτ 2 konvergál valamely alkalmas χ (mod d) rimitív karakterre. Ekkor ( π ( )) x D D+ x g(d + ) = xiτ µ(d) + iτ ϕ(d) ( x dd + α + o() (x ) egyenletesen minden D x ε, (d, D) = esetén, ahol 0 ε <. ) f( α ) iατ χ( α ) α Néhány esetben a 3. Tétel alkalmazható multilikatív függvények P k + halmazon való közéértékeinek kiszámolására. 4. Tétel Legyen g(n) olyan egy abszolútértékű multilikatív függvény, hogy létezik egy χ (mod d) rimitív karakter valamely rögzített d-re és egy valós τ úgy, hogy konvergál. Ekkor π k (x) n x ω(n)=k g(n + ) = + iτ Reχ()g() iτ xiτ µ(d) ϕ(d) ( x d + o() (x ) egyenletesen minden A(ε, x) tulajdonságú k-ra. + α ) f( α ) iατ χ( α ) α 6

3.5. A 6. Fejezet eredményei Ebben a részben a lényeges Erdős-Kac tíusú eredményeket foglaljuk össze. A G(z) jelölés a Gauss eloszlásra vonatkozik. 5. Tétel Legyen f(m) egy olyan valós additív függvény, hogy B 2 (x) x f() >εb(x) minden rögzített ε > 0 esetén, ahol B(x) = ( x f 2 () 0 f 2 () )/2. (x ), Ekkor használva az A(x) = x f() jelölést azt kajuk, hogy ν x (n P k (x) : f(n + ) A(x) B(x) egyenletesen minden A(ε, x) tulajdonságú k-ra. z) G(z) (x ) Az előző tétel jelöléseivel élve azt mondjuk, hogy f(n) a H osztály beli, ha létezik egy r = r(x) függvény úgy, hogy log r log x 0, B(r) B(x), B(x) ahogy x. Ezt a függvényosztályt Kubilius vezette be. Az előző fejezetekben történtek szerint járunk el. Belátjuk, hogy igaz a következő 6. Tétel Legyen f(m) egy H osztály beli additív függvény. Legyen B D (x) = ( x D f 2 () )/2, és legyen δ(x) egy tetszőlegesen lassan nullához tartó függvény. Legyen továbbá 0 < σ és legyen (T δ (x) =) T (x) = {D x σ : B D (x) = B(x)( + O(δ(x)))}. 7

Ekkor az A D (x) = x D f() jelöléssel élve azt kajuk, hogy ν x (n K D (x) : f(n) A D(x) B D (x) z) G(z) (x ) egyenletesen minden D T (x)-re, akkor és csak akkor ha minden rögzített ε > 0 esetén B 2 D (x) x D f() >εb D (x) egyenletesen minden D T (x)-re. A 5. Tételből közvetlenül adódik a Következmény f 2 () 0 (x ) ν x (n x, ω(n) = k : ω(n + ) log log x log log x z) 2π z e w2 /2 dw (x ) egyenletesen minden A(ε, x) tulajdonságú k esetén. Irodalomjegyzék [] M. B. Barban, The Large Sieve method and its alications in the theory of numbers, Russ. Math. Surv. 2 (966), 49 03. [2] P. D. T. A. Elliott, Probabilistic Number Theory I., Sringer-Verlag, New York, 979. [3] A. Hildebrand, Additive and multilicative functions on shifted rimes, Proc. London Math. Soc. 53 (989), 209 232. [4] I. Kátai, On the distribution of arithmetical functions on the set of rimes lus one, Comosito Math. 9 (968), 278 289. 8

Publikációs jegyzék [] Germán, L. and Kovács, A., On number system constructions, Acta Math. Hungar. 5 (2007), no. -2, 55 67; [2] Germán, L. and Kátai, I., Distribution of q-additive functions on the set of integers having k rime factors, Annales Univ. Sci. Budaest. Sect. Com., 27 (2007), 65-74. [3] Germán, L., The distribution of an additive arithmetical function on the set of shifted integers having k distinct rime factors, Annales Univ. Sci. Budaest. Sect. Com., 27 (2007), 87-25. Konferenciaelőadások [] Germán, L., The distribution of an additive arithmetical function on the set of shifted integers having k distinct rime factors, The IVth international conference on analytic and robabilistic methods in number theory, 9/2006, Palanga [2] Germán, L., On multilicative functions on consecutive integers, Conference talk Numbers, Functions, Equations 08, 06/2008, Noszvaj 9