Кіріспе

Мёбиус функциясының жиынтық функциясы

Сандар теориясында Мертенс функциясы барлық оң бүтін сандар n үшін былай анықталады:

мұндағы – Мёбиус функциясы. Бұл функция Франц Мертенс құрметіне аталған. Бұл анықтаманы оң нақты сандарға келесідей кеңейтуге болады:

Тәжірибесіз айтқанда, – x-ке дейінгі жай санның саны жұп болатын квадратсыз бүтін сандардың саны, минус жай санның саны тақ болатын сандардың саны. Алғашқы 143 M(n) мәндері:

M(n)+0+1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+110+10−1−1−2−1−2−2−2−1−212+−2−3−2−1−1−2−2−3−3−2−1−224+−2−2−1−1−1−2−3−4−4−3−2−136+−1−2−100−1−2−3−3−3−2−348+−3−3−3−2−2−3−3−2−2−10−160+−1−2−1−1−10−1−2−2−1−2−372+−3−4−3−3−3−2−3−4−4−4−3−484+−4−3−2−1−1−2−2−1−101296+211110−1−2−2−3−2−3108+−3−4−5−4−4−5−6−5−5−5−4−3120+−3−3−2−1−1−1−1−2−2−1−2−3132+−3−2−1−1−1−2−3−4−4−3−2−1

Мертенс функциясы орташа және ең жоғары мәні бойынша оң және теріс бағыттарда баяу өседі, нөлден өтетін тәртіпсіз түрде тербеліп, n келесі мәндерге ие болғанда:
2, 39, 40, 58, 65, 93, 101, 145, 149, 150, 159, 160, 163, 164, 166, 214, 231, 232, 235, 236, 238, 254, 329, 331, 332, 333, 353, 355, 356, 358, 362, 363, 364, 366, 393, 401, 403, 404, 405, 407, 408, 413, 414, 419, 420, 422, 423, 424, 425, 427, 428.

Мёбиус функциясы тек −1, 0 және +1 мәндерін қабылдайтындықтан, Мертенс функциясы баяу қозғалады және |M(x)| > x болатын x жоқ.
Г. Давенпорт кез келген бекітілген h үшін,

біртектес түрде. Бұл, үшін,

екенін білдіреді.

Мертенс болжамы одан әрі жүретін, Мертенс функциясының абсолютті мәні x түбірлігінен аспайтын x жоқ екенін айтатын. Мертенс болжамы 1985 жылы Эндрю Одлицко және Герман те Риле тарапынан жалған деп дәлелденді. Алайда, Риман гипотезасы M(x) өсуіне қатысты әлсіз болжамға тең, атап айтқанда M(x) = O(x1/2 + ε). M(x) үшін жоғары мәндер кем дегенде жылдамдықпен өскендіктен, бұл оның өсу қарқынына өте тығыз шек қояды. Мұнда O үлкен O белгісін білдіреді. M(x) өсімінің нақты қарқыны белгісіз. Стив Гонектің жарияланбаған болжамы бұл:

Натан Нг осы болжамға ықтималдық дәлел келтіреді. Атап айтқанда, Нг функцияның шектейтін үлестірімі бар екендігіне шартты дәлел береді. Яғни, барлық шектелген Липшицтік үздіксіз функциялар үшін нақты сандар бойынша, егер Риманның зета функциясы туралы әртүрлі болжамдарды қабылдасақ, онда бізде:

бар.

n өлшемді гиперболоидтар астындағы нүктелер санының қосындысы ретінде

Бұл Мертенс функциясын кеңейтетін формула Пильц бөлгіш мәселесін қарастыру арқылы алынған асимптотикалық шекараларды ұсынады, ол бөлгіш функциясының жиынтық функциясы үшін асимптотикалық есептеулерді табудың Дирихлет бөлгіш мәселесін жалпылайды.

Есептеу

Жоғарыда аталған әдістердің ешқайсысы Мертенс функциясын есептеуге арналған практикалық алгоритмдерге әкелмейді. Бастапқы сандарды есептеуде қолданылатын сияқты сілем әдістерін пайдалана отырып, Мертенс функциясы x-тің өсу диапазонына дейінгі барлық бүтін сандар үшін есептелді. Адам Жыл Шек Мертенс 1897 104 фон Стернек 1897 1.5 фон Стернек 1901 5 фон Стернек 1912 5 Нейбауэр 1963 108 Коэн және Дресс 1979 7.8 Дресс 1993 1012 Лиоен және ван де Лун 1994 1013 Котник және ван де Лун 2003 1014 Хурст 2016 1016 Мертенс функциясы барлық бүтін сандар үшін x-ке дейін O(x log log x) уақытында есептелуі мүмкін. 1870 жылдан бастап Эрнст Мейссель, Лемер, Лагариас, Миллер, Одлызко және Делеглис-Риват жасаған комбинаторлық алгоритм M(x) функциясының жекелеген мәндерін O(x<sup>2/3</sup>(log log x)<sup>1/3</sup>) уақытында есептейді; 2021 жылы Харальд Хельфгот пен Лола Томпсон жасаған одан әрі жақсарту осыны O(x<sup>3/5</sup>(log x)<sup>3/5</sup> + ε) дейін жеткізеді, ал Лагариас пен Одлызконың Риман зета-функциясының интегралдарына негізделген алгоритмі O(x<sup>1/2</sup> + ε) уақытын қамтиды. M(x) мәндерін 10-ның дәрежелерінде қараңыз.