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Ich habe vor kurzem folgende Zahlenfolge entdeckt:

4, 14, 52, 194, 732, 2776, 10576, 40450, 155236, …

betrachte ich eine Zahl dieser Zahlenfolge nun als f(n), so habe ich folgendes für die ersten Glieder dieser Folge festgestellt.

(Im folgenden bezeichne ich mit p(n) die n'te Primzahl.)

Im Bereich zwischen f(n)-p(n) und f(n)+p(n) liegt immer mindestens eine Primzahl.

z.B. n=25

f(25) = 440178274157584 | p(25) = 97

unterer Grenzwert: 440178274157487

oberer Grenzwert: 440178274157681

Primzahl innerhalb des Bereichs:  440178274157509


Hatte ich bisher immer nur "Glück", dass in diesen Bereichen eine Primzahl liegt oder steckt dort mehr dahinter? :)

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Welches Bildungsgesetz hat denn deine Zahlenfolge 4, 14, 52, 194, 732, 2776, 10576, 40450, 155236, …?

Ich habe einfach das Pascal'sche Dreieck genommen und die 1en am Rand durch Primzahlen ersetzt. Meine Zahlenfolge findet sich nun einfach immer in der Mitte.

Mit etwas Mühe konnte ich deine Konstruktion der Folge nachvollziehen. Wenn es nun überhaupt einen Zusammenhang zwischen deiner Zahlenfolge und  der Verteilung von Primzahlen gibt, muss dieser Zusammenhang ja etws mit dem (keineswegs einfachen) Bildungsgesetz deiner Folge zu tun haben. Damit will ich sagen, dass dieses Bildungsgesetz von Anfang an mit deiner Frage zusammen hätte genannt werden müssen.

Ich werde mal versuchen, ein Gesetz aufzustellen, das kann aber ein bisschen dauern und muss auch von den Primzahlen in der Form p(n) bestmöglich abhängig sein.

Bild MathematikDIch habe bisher aber schon feststellen können, dass sich die jeweils nächste Zahl meiner Folge durch die vorherigen berechnen lässt, das funktioniert dann, wie folgt.

Bild Mathematik Man addiert zunächst bis zur n'ten Primzahl alle Primzahlen und multiplierziert das dann mit 2. Anschließend Nimmt man noch alle Zahlen hinzu, die beim "letzten Mal", d.h. bei der letzten Berechnung zur vorherigen Zahl nötig waren.

Kann man das schon als Funktion abhängig von n darstellen? :)

"Ich werde mal versuchen, ein Gesetz aufzustellen, das kann aber ein bisschen dauern und muss auch von den Primzahlen in der Form p(n) bestmöglich abhängig sein."

Das kann sehr lange dauern und vielleicht nie fertig werden. Denn dein Bildungsgesetz basiert auf der Folge der Primzahlen, für die es kein Bildungsgesetz gibt. Man kann sich ein bisschen dadurch aus der Problematik retten, dass man dabei bleibt, die n-te Primzahl einfach p(n) zu nennen.

Ich habe auch noch etwas anderes festgestellt bei den Zahlen...

teilt man Zahl f(n) durch f(n-1) so nähert sich der Quotient immer mehr an 4 an.

(Es kann auch "irgendeine" Dezimalzahl sein... ich habe die Zahlen bisher erst bis zur 25 berechnet, habe allerdings fast schon ein C++ Programm fertig und einige Tausend zu berechnen.)

nf(n)f(n) / f(n-1)
14
2143,5
3523,7142857143
41943,7307692308
57323,7731958763
627763,7923497268
7105763,8097982709
8404503,8246974281
91552363,8377255871
105975323,8491844675
1123060363,8592677882
1289201443,8681720494
13345751163,8760715074
141342591323,8831144341
155221908403,8894251156
1620339892543,8951071106
1779330597403,9002466333
18309779288563,9049156153
191210981236083,9091743083
204738658489883,9130734224
2118559694536523,9166558586
2272753224998923,9199581036
23285411727446963,9230113504
241120481461710923,9258424023
254401782741575843,9284744032

Hallo Patrick, deine Neigung zu mathematischen Experimenten mittels Computer und anschleßenden Hypothesen gefällt mir. Auch deine neueste Hypothese, dass sich der Quotient aufeinanderfolgender Zahlen deiner Folge der Zahl 4 nähert, erscheint mir schon sehr erhärtet.

Zurück zu deiner ursprünglichen Hypothese: Wenn du immer größere Intervalle um immer größere Zahlen bildest, erscheint es mir sehr wahrscheinlich, dass in jedem dieser Intevalle immer mindestens eine Primzahl liegt. Ich habe mal deine Folge durch die Folge der Potenzen von 2 ersetzt. Auch hier liegt die Hypothese nahe, dass in jedem  Intervall [2n-p(n);2n+p(n)] mindestens eine Primzahl liegt.

Mit etwas Phantasie kann man Hunderte Hypothesen aufstellen. Das Problem bleibt aber immer der Beweis.

Wie du scho sagst, ist das Problem der Beweis... ich kann halt wirklich nur einige Rechnungen mit dem Computer machen, die dann aber auch Zahlen einiger Größe berechenen können.

Das Problem ist dann nur wieder zu sagen ob eine Primzahl zwischen dem unteren Grenzbereich und dem oberen liegt. Es wurden allerdings kürzlich, soweit ich weiß im Umgang und Beweis der Riemann'schen Vermutung / Hypothese gemacht.

Damit ließe sich doch die Anzahl der Primzahlen zwischen zwei Zahlen berechnen, wodurch man wiederum meine Hypothese bestätigen könnte, allerdings müsste dafür Zunächst seine Hypothese eindeutig bestätigt werden.

Sehr viele bis heute unbewiesene Sätze haben einen Bezug zu Primzahlen. Schon seit vielen Jahrhunderten zerbrechen sich Mathematiker ihre sehr klugen Köpfe, um Beweise der Sätze zu finden. Die Wahrscheinlichkeit, dass es dir oder mir gelingt, hier einen Beitrag zu liefern, halte ich für sehr gering. Dennoch macht es natürlich Spaß, eigene Hypothesen zu erhärten.

Ich habe mich auf Computer-Experimente beschränkt, die mich zu Hypothesen führten, die man auch beweisen konnte. Das Thema"Primzahlen" habe ich dabei gemieden. Dazu habe ich ein Heft im Lehrerselbstverlag veröffentlicht: "Experimemte mit Computer-Algebra-Systemen" (Autor: Roland Schröder).

Ich habe mich auch bisher meist nicht mit Primzahlen beschäftigt, habe aber allmählich meine Begeisterung für Primzahlen gefunden. Ich werde darüber vermutlich auch noch eine Facharbeit in der Oberstufe über sie schreiben. (Ich bin zur Zeit in der 10. Klasse)

Ja, du hast aber auch Recht es ist schon seht unwahrscheinlich, dass wir wirklich etwas weltbewegendes entdecken.. aber ich bin lieber erstmal optimistisch. Wenn ich mein Programm später fertig habe kann ich aber mal versuchen meine Hypothese zu widerlegen.

Ich hoffe mal ich schaffe das nicht. ;)

Ich wünsche dir Glück und Erfolg auf deinem weiteren Weg.

1 Antwort

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Beste Antwort

Hallo Patrick17,

was Du beschreibst, ist ein rekursiver Algorithmus einer 2-dimensionalen Funktion:

Fxy(0,y)=Prime(y)

Fxy(y,y)=Fxy(y-1,y)*2

Fxy(y-1,y)=Fxy(y-1,y-1)+Fxy(y-2,y)

Der Iterationsrechner kann das online  berechnen mit JavaScript-Syntax:

Fxy(x,y)=x<1?Prime(y):(x==y)?Fxy(x-1,y)*2:Fxy(x,y-1)+Fxy(x-1,y)

http://www.gerdlamprecht.de/Roemisch_JAVA.htm#x%3C1?Prime(y):(x==y)?Fxy(x-1,y)*2:Fxy(x,y-1)+Fxy(x-1,y)@Ni=0;@C0]='';@N@Bi]=Fxy(i+1,i+1);if(i%3E0)%20@Ci]=@Bi]/@Bi-1];@Ni%3E11@N0@N0@N#

Bild Mathematik

Solche Algorithmen haben einen sehr großen Nachteil: es baut sich ein gewaltig großer Stack auf, der Speicherbedarf &

Rechenzeit gewaltig ansteigen lässt!

Schon ab 12 Rekursionen beginnt der Browser (intern mit Interpreter) gewaltig langsam zu werden!

In c geht es schneller, aber auch dort wird man kaum über 1 Mio. kommen.

Die Funktion Prime(x) haben alle guten Rechner wie WolframAlpha und

http://www.lamprechts.de/gerd/php/RechnerMitUmkehrfunktion.php

Dort findet man die Summenformel und Werte bis Prime(1000000000000000000000000) . Darüber gibt es Näherungsformeln.

Den Sinn verstehe ich nur nicht: extrem komplizierten Algorithmus für ein Toleranzband, in dem sich eine Primzahl befinden soll???

Oder interessieren Dich die Lücken, also die Abweichung der glatten Näherungsformel (siehe Li(x) ) gegenüber der wirklichen Prime(x)...

Bei großen Lücken ist nun die Frage, ob Prime(x) schnell genug ansteigt, um innerhalb des Bandes zu bleiben :-)

Avatar von 5,7 k

Was bedeuten hier die Doppelpunkte und die Fragezeichen in der Formel?

Fxy(x,y)=x<1?Prime(y):(x==y)?Fxy(x-1,y)*2:Fxy(x,y-1)+Fxy(x-1,y)

Nicht, wie ich das ganze in C(++) umsetzen soll... :|

Das ? gibt es auch in c++:

unsigned __int64 Fxy( unsigned __int64 x,  unsigned __int64 y)

{ if(x<1) return aA[y];

  return (x==y) ? Fxy(x-1,y)<<1 : Fxy(x,y-1)+Fxy(x-1,y);

}

WENN Bedingung in Klammern erfüllt, antworte mit dem zw. ? und :

else antworte mit dem nach dem :

ABER: selbst mit schnellem c++ und 2 Kernen parallel, beginnt man ab Index 22  lange zu warten!!!!

Da helfen nur Hilfs-Arrays.

Es gibt bereits eine Folge der Primzahl-Lücken-Argumente:

10, 25, 31, 100, 155, 190, 218, 1184,...

Diese habe ich mal mit den Lücken der dazugehörigen Primzahldifferenzen verglichen:

       Prime(i)       |      Lückenbreite     |  Prime(i)*2

29                      6                       58

97                      8                       194

127                     14                      254

541                     18                      1082

907                     20                      1814

1151                    22                      2302

1361                    34                      2722

9587                    36                      19174

Bei keiner "Störfunktion wie Deiner" gibt es immer genug Primzahlen im Band +/- Prime(i).

Durch Deine nichtlineare Funktion, die ich mal durch eine Näherungsfunktion Phase 1

ersetzt habe:

http://www.gerdlamprecht.de/Roemisch_JAVA.htm#x%3C1?Prime(y):(x==y)?Fxy(x-1,y)*2:Fxy(x,y-1)+Fxy(x-1,y)@Ni=0;@C0]='';@N@Bi]=Fxy(i,i);if(i%3E0)%20@Ci]=@Bi]/@Bi-1];aD[i]=@P3.872268694*@Pi,-0.2100077214)*@Pi-1,0.2172399329),i);@Ni%3E9@N0@N0@N#

verschiebt sich das Lücken-Breitband nach hinten, während Prime(i) unverändert bleibt

-> was bei genügend großen Argumenten durchaus zu "leeren" Bereichen (also ohne Primzahl) führen kann.

Da beide Funktionen nicht nur NICHT-linear, sondern auch noch "unregelmäßig schwankend" sind, ist eine Vorhersage oder Beweis extrem schwer (für normale Menschen unmöglich).

 In Deiner Störfunktion taucht ja ein Fxy(x-1,y) * f2(x,y) auf, wobei bei Dir 

f2(x,y) immer genau 2 ist.

Man könnte nun fragen, ob es f2-Funktionen gibt, wo ein Beweis leichter machbar sein könnte...

Alles viel Theorie für Zahlentheoretiker...

Mit 2D-Hilfs-Array (mit nur 1 Kern) in wenigen ms fertig:

n=24 Fxy=112048146171092

n=25 Fxy=440178274157584

n=26 Fxy=1730308852358816

n=27 Fxy=6805683620469524

n=28 Fxy=26782844780814388

n=29 Fxy=105454157754222928 Obergrenze 64 Bit

Untersuchungsbereich: 105454157754222819 ... 105454157754223037
NextPrime(105454157754222818)=105454157754222853, also noch im Bereich

Also weiter mit 128 Bit...

Um den Anreiz zu erhöhen, habe ich die Näherungsfunktion Phase 2 verbessert, was bei n=60

(3.2877390362879444e+35)-Prime(60) < NextPrime((3.2877390362879444e+35)-Prime(60)) < (3.2877390362879444e+35)+Prime(60)

zum Ergebnis FALSE führt (Rundungsgrenze) -> was eine genauere Untersuchung erfordert...

Habe ich das jetzt richtig verstanden, dass du nur eine Näherungsfunktion erstellt hast?
Das heißt es nicht nicht sicher, dass im Bereich für n=60 eventuell trotzdem eine Primzahl existieren kann? :)

Ich habe jetzt mein Programm fertig, das addiert ganz simpel die Zahlen Spalte für Spalte...

für n = 60 ist f(n) = 346990528610197975143219131580392652

Damit liegt der untere Grenzbereich bei 346990528610197975143219131580392371

und der obere Grenzbereich bei 346990528610197975143219131580392933.

Ich muss jetzt nur noch herausfinden ob es in diesem Bereich eine Primzahl gibt.

Kann da mal jemand schauen? :)

346990528610197975143219131580392371 also der untere Grenzwert ist direkt selbst eine Primzahl. :)

Ich werde jetzt mal selbst noch weitere Wert für n testen und meine Ergebnisse hier veröffentlichen. :)

Die Näherungsfunktion bezog sich auf den letzten LINK, die ich dann nochmals verbessert habe.

Die Genauigkeit reichte aber nicht aus, um hier genaue Vorhersagen treffen zu können.

Ja, Dein f(60) stimmt, uns so baute ich die exakte Funktion bei 

http://www.lamprechts.de/gerd/php/RechnerMitUmkehrfunktion.php

{ PrimePascal(x,y) vorletzter Komboboxeintrag. }

mit ein. Folgende Tests verliefen alle unverändert "JA, im Bereich ist Primzahl enthalten":

n=25...29

60 

70...78

100 (60stellige Zahl)

200: (120stellige Zahl)

999

1000 (601 Stellen!)

f(1000)/f(999)=3.9980055693823065439861158...

Ich kann ja "von hinten" nach vorn suchen...

und wir treffen uns in der Mitte :-)

Gerne können wir so machen... ich kann mein Programm gerne mal bis zu n=500 laufen lassen...  wird nur ein bisschen dauern. :)

So, habe alle n von 1 bis 1000 durchsucht und NUR 1 Lösung gefunden:

21697651742125919019828573584382757780=P(63)

21697651742125919019828573584382757473 min, da Prime(63)=307

21697651742125919019828573584382758281 NextPrime wäre zu groß!!

21697651742125919019828573584382758087 max

Also einziger Bereich, in dem KEINE Primzahl zu finden ist!

Okay, das würde ich aber schonmal eine gute Quote von 99,9% nennen.
Aber es sind halt noch keine 100%... jetzt müsste man halt noch ausmachen, ob solche eine Außnahme noch öfter vorkommt. Es ist halt wirklich problematisch, dass die Zahlen so riesig  sind.

Ich habe mir aber jetzt noch was anderes überlegt... man könnte mit Hilfe der  Zahlenfolge bei großen Zahlen ab... sagen wir mal n=1000 einfach die nächste Primzahl erzeugen, da sich der Faktor ja der 4 annähert. Damit sollte man ja immer auf die nächstgrößere Primzahl kommen. :-)

Wenn die Zahlen nur nicht so groß wären würde sich das super machen lassen...

Nun ist aber gut: ich habe:

- das Bildungsgesetz mathematisch aufgestellt (Algorithmus)

- mit Näherungsformeln die ungefähre Größe von n um 60 vorhergesagt

- mit 1 Gegenbeispiel bewiesen, dass die Hypothese falsch ist

...

und bekomme als Antwort:

"... jetzt müsste man halt noch ausmachen, ob solche eine Außnahme noch öfter vorkommt...."

Das wird ja eine Endlosschleife...

War ja nicht böse gemeint, ich werde das ganze selber mal weiter versuchen, vielen dank. :)

Meinst du abschlißend noch ich sollte meine Hypothese inklusive Ergebnisse irgendwo veröffentlichen? :)

War auch von mir nicht böse gemeint. Immerhin hat die Funktion mein Interesse geweckt und es in den Umkehrfunktionen-Rechner geschafft...

Diese Seite hier ist doch bereits öffentlich.

Was willst Du noch erreichen?

Willst Du noch mehreren Leuten erzählen, dass:

- Deine Hypothese nicht stimmt?

- dass die Funktion für Werte oberhalb vom Argument 1000 schwer zu berechnen ist

- dass sie wie viele 1000 andere Funktionen im Toleranzband 0 ... n Primzahlen enthält

... ?

Wenn es genau 1 Primzahl wäre, 

(wie f(n)= Prime(n) und Band = +/- 1 )

oder eine feste Anzahl... von Primzahlen...

... oder andere interessante Eigenschaften...

... oder ohne Prime(x) auskommt...

-> aber so wie hier -> bis jetzt uninteressant.

Um Dich etwas aufzumuntern:

auch bis n=2002 schaffen es die größer werdenden Prim-Löcher nicht, die  (über 1000stelligen) Primzahlen vom Sprung ins recht schmale Band (+/- 17389) abzuhalten. 

So bleibt n=63 ein Einzelfall und Deine "Quote" steigt auf

99,95004995 % 

Oder anders ausgedrückt: 

Deine Funktion f(n) hat es bis n=2100 nur 1 mal geschafft, mit der Bandbreite +/- Prime(n) ein lokales Primzahlen-Lücken-Maximum zu treffen.

Oder passend zur Hypothese:

Bis auf 1 mal, konnte Deine Bandbreiten-Verschiebungs-Funktion f(n) bis n=2100 erfolgreich verhindern, dass eine relativ große Primzahllücke in eine dazugehörige wachsende Bereichsbreite hineinfällt.

Das hört sich doch super an!

Ich versuche im Moment die Generierung der Zahlen bezüglich der Zeit zu optimieren...

Ohne die Zahlen auszugeben brauche ich akuell ca. 1 Sekunde um die ersten 1000 Zahlen zu generieren, mit ausgeben allerdings 37 Sekunden. ;-)

Diese Tabelle zeigt nun den Verlauf der lokalen Primzahllücken-Maxima und die Bandbreite:

http://www.lamprechts.de/gerd/PrimePascal-und-Primzahlluecken.htm

Erst wenn die Primzahllücken breiter als die zu untersuchende Bandbreite ist und dieses lokale Maximum mit der Lage (x-Offset) übereinstimmt, schafft es keine Primzahl in den Bereich hinein.

Da müssen schon mehrere außergewöhnliche Zufälle zusammentreffen, damit für Zahlen n > 2500 (also Primzahlen über 2100 Stellen!!!) so etwas passieren kann. Außerdem driftet der Bereich der Bandbreite schneller auseinander als das Maxima der Lücken...

Beweisen kann man so etwas nicht!

Ich könnte also nun davon ausgehen, dass in es zwischen f(n)-p(n) und f(n)+p(n) mit n≠63 immer eine Primzahl gibt? :)

Ich habe doch schon geschrieben, dass man das nicht beweisen kann. 

Das hat schon mal jemand bei der Funktion SumLiouville(x) siehe

http://www.lamprechts.de/gerd/php/RechnerMitUmkehrfunktion.php

getan. Niemand dachte, dass sie oberhalb von Argument x > 1000 je positiv werden könnte...

Erst beim Nachrechnen sah man, dass ab x> 906150257

plötzlich doch teilweise positiv wurde!

Und hier haben wir sogar 3 unvorhersehbare Schwankungen:

1. Bandbreite Prime(x) schwankt ; für x> 1e25 gibt es nur Näherungsfunktionen!!

2. Deine f(x) beinhaltet Prime(x) ...

3. Die lokalen Primzahllücken-Maxima schwanken und werden immer größer. Auch hier gibt es nur grobe Näherungsfunktionen (selbst für Maxima siehe 

http://mathworld.wolfram.com/PrimeGaps.html

), ABER keine exakte Funktion, die sich leicht berechnen lässt (nur 3 ineinander verschachtelte Summen-Funktionen).

Aktualisierung: neue Lücken, die 2016 gefunden wurden zeigen, dass der Vorsprungfaktor, den die Bandbreite gegenüber der lokalen Primzahllücken-Maxima hat, trotz des anfänglichen Ansteigens (1.4, 2.3, 4.3, ...) bei n um 63131 auch schon mal bis auf etwa 1.5 sinken kann!

Neue Untersuchungen um n=165686

http://www.lamprechts.de/gerd/PrimePascal-und-Primzahlluecken.htm )

zeigen weitere mögliche Sonderfälle. 

Nach meinen Näherungsformeln liegen Lücke und Bereich jedoch zu weit entfernt...

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