« Ordre moyen d'une fonction arithmétique » : différence entre les versions
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Il ne faut pas confondre un équivalent asymptotique de la valeur moyenne <math>\frac1n{\sum_{k=1}^{n} f(k)}</math> avec un ordre moyen. |
Il ne faut pas confondre un équivalent asymptotique de la valeur moyenne <math>\frac1n{\sum_{k=1}^{n} f(k)}</math> avec un ordre moyen. |
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Par exemple, pour <math>f( |
Par exemple, pour <math>f(k):=k</math>, un équivalent asymptotique de la ''valeur'' moyenne, égale à <math>(n+1)/2</math>, est <math>n/2</math>, mais la fonction <math>g(k):=k/2</math> n’est pas un ''ordre'' moyen de <math>f</math>. |
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Mais on peut aussi avoir égalité : <math>g(n):=\ln n</math> est à la fois un ordre moyen de la fonction <math>f=\ln</math> et un équivalent de sa valeur moyenne, égale à <math>\frac{\ln n!}n</math>{{pas clair|date=mai 2024|raison=confusion de l'argument (ici k) de l'ordre moyen avec l'argument de la valeur moyenne (ici n)}}. |
Mais on peut aussi avoir égalité : <math>g(n):=\ln n</math> est à la fois un ordre moyen de la fonction <math>f=\ln</math> et un équivalent de sa valeur moyenne, égale à <math>\frac{\ln n!}n</math>{{pas clair|date=mai 2024|raison=confusion de l'argument (ici k) de l'ordre moyen avec l'argument de la valeur moyenne (ici n)}}. |
Version du 15 mai 2024 à 09:56
En théorie des nombres, un ordre moyen d'une fonction arithmétique f est une fonction «simple» g approchant f en moyenne.
Plus précisément un ordre moyen de f est une fonction g réelle ou complexe, si possible continue et monotone, telle qu'on ait :
Autrement dit, les moyennes arithmétiques ou moyennes de Cesàro de f et g entre 1 et n, ou encore valeurs moyennes de f et g sont asymptotiquement équivalentes. Une telle fonction g n'est bien entendu pas unique.
Il ne faut pas confondre un équivalent asymptotique de la valeur moyenne avec un ordre moyen.
Par exemple, pour , un équivalent asymptotique de la valeur moyenne, égale à , est , mais la fonction n’est pas un ordre moyen de .
Mais on peut aussi avoir égalité : est à la fois un ordre moyen de la fonction et un équivalent de sa valeur moyenne, égale à [pas clair].
Dans le cas particulier où la limite
existe, on dit que possède la valeur moyenne . Si de plus , la fonction est un ordre moyen de .
Exemples
- Un ordre moyen du plus grand diviseur impair de n est 2n/3
- Un ordre moyen de d(n)[1], nombre de diviseurs de n, est ln(n)
- Un ordre moyen de σ(n)[2], somme des diviseurs de n, est
- Un ordre moyen de φ(n)[3], indicatrice d'Euler de n, est
- Un ordre moyen de ω(n)[4], nombre de facteurs premiers distincts de n, est ln(ln(n))
- Un ordre moyen de Ω(n)[4], nombre de facteurs premiers de n, est ln(ln(n))
- Un ordre moyen de r(n)[5], nombre de façon d'exprimer n comme somme de deux carrés, est π.
- Le théorème des nombres premiers équivaut au fait que la fonction de von Mangoldt Λ(n) a pour ordre moyen 1[6], et au fait que la fonction de Möbius μ(n) a pour valeur moyenne 0[7].
Meilleur ordre moyen
Cette notion peut être présentée à l'aide de l'exemple du nombre de diviseurs. De la formule de Dirichlet [8] :
( est la constante d'Euler-Mascheroni) et de la formule de Stirling :
on tire la relation asymptotique
tandis que
ce qui suggère que ln(n) + 2γ est un meilleur choix d'ordre moyen pour d(n) que simplement ln(n) (c'est un cas particulier de développement asymptotique).
Références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Average order of an arithmetic function » (voir la liste des auteurs).
- Hardy and Wright, Théorème 319.
- Hardy and Wright, Théorème 324.
- (de) Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet, « Über die Bestimmung der mittleren Werthe in der Zahlentheorie », Abh. Kön. Preuß. Akad., , p. 69-83 (lire en ligne) (cette propriété est essentielle dans la démonstration du théorème de Cesàro).
- Hardy and Wright, Théorème 430.
- Hardy and Wright, Théorème 339.
- Hardy and Wright, Théorème 434.
- Hardy and Wright, Théorème 335.
- Gérald Tenenbaum, Introduction à la théorie analytique et probabiliste des nombres, Belin, , chap. 1.3 (« Sur les ordres moyens »)
- (en) G. H. Hardy et E. M. Wright, An Introduction to the Theory of Numbers (1re éd. 1938) [détail des éditions], 6ème édition 2008, chapitres XVIII et XXII.
- G. H. Hardy et E.M. Wright (trad. François Sauvageot), Introduction à la théorie des nombres, Vuibert et Springer,
- (en) Gérald Tenenbaum, Introduction to Analytic and Probabilistic Number Theory, AMS, coll. « Graduate Studies in Mathematics » (no 163), (ISBN 9780821898543), p. 43–65