关于{x/p}的分布

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本文第一部分研究了{x/p}的分布. 设{an}是数列,0≤α<β<1为固定正常数.以T(α,β,N)记集合{1≤n≤N:α≤{an}<β}的元素个数,{u}表示实数u的小数部分.若Nlim∞T(α,β,N)/N=β-α则称{αn}是模1一致分布的(uniformlydistributedmodulo1).注意到数列是否模1一致分布与α,β的取值无关.由此我们知道,当α是无理数时的{αn}和数列{αp}是模1一致分布的:当α不是整数时,{nα}和{pα}也是模1一致分布的;对固定的充分大的x,当n≤x1-ε时,{x/n}也是模1一致分布的. 模1一致分布问题在数论中占有重要地位,许多数论经典问题都与之有关.我们知道,Dirichlet除数问题的余项可表示为△(x)=x1/2-2∑1≤u≤x1/2{x/u}+O(1).从而促使人们对{x/n}的分布进行研究. 设x是充分大的正数,α和R为实数,0≤α<1,1≤R<x.以N(x,R,α)表示满足α≤{x/n}<α+R/n的自然数的个数.王炜[11]证明了:设(κ,λ)是任意指数对,当R≥xλ+k/2λ+1时,N(x,R,α)<<Rxε对α一致成立;用同样的方法,他证明了N(x,1,α)<<x1/2-1/156+ε对α一致成立.Varbanec[9]实质上证明了N(x,1,α)<<(1+(αx)1/2)xε,其中α=q/p为有理数.翟文广对此进行了改进,他得到: (1)设R<(1-α)x,R=o(x),则当xλ+κ/2+2κlogx<R<(1-α)2x/logx时,有渐近公式N(x,R,α)=Rlog(1-α)x/R+d(α)R+O(xλ+κ/2+2κlogx)+O(R2logx/x(1-α)).其中(κ,λ)是任意指数对,d(α)=γ+∞∑l=11-α/(l+1)(l+α),γ为Euler常数. (2)设R>(1-α)x.则当(1-α)x>xλ+κ/2+2κlogx时,有渐近公式N(x,R,α)x∞∑l=11-α/(l+1)(l+α)+O(xλ+κ/2+2κlogx),(κ,λ)是任意指数对. (3)对任一指数对(κ,λ),当R<xλ+κ/2+2κ时,对α一致地有N(x,R,α)<<xλ+κ/2+2κ+ε. (4)N(x,1,α)<<x1/4+ε对α一致成立. 另一方面,Saffari和Vaughan[8]在1977年研究了和式θx,y=y-1∑p≤y(logp)cα(x/p),其中当0≤{u}<α时,cα(u)=1;否则cα(u)=0.这实际上是研究了满足不等式0≤{x/p}<α的素数p的个数的加权形式。他们利用零点密度估计得到:对()ε>0,当x6/11+ε<y≤x时,有如下的渐近公式:θx,y(α)=F(α,x/y)+O(exp(-c(ε)(logx/loglogx)1/3)),其中c(ε)是至多与ε有关的正数,F(α,x/y)有定义。此处的y的下界很大,即使是在Riemannzeta-函数的零点密度估计猜想成立的假设之下,指数6/11也只能被改进到1/2. 本文得到了两个主要结果:定理1.1当x32/47<R<x1-ε时,我们有:N(x,R,α)=∑n≤xα≤{x/n}<α+R/n∧(n)=Rlogx(1-α/R)+c(α)R+O(Rexp(-Cη(R))),(3)其中C是绝对正常数,c(α)=γ+1-∞∑l=1α/l(l+α),η(x)=(1ogx)3/5(1oglogx)-1/5. 定理1.2设是任意小的固定正常数.当xε<<y<x时,有渐近公式:θx,y(α)=y-1∑p≤y(lop)cα(x/p)=F(α,x/y)+O(exp(-c(ε)(logx/loglogx)1/3)),(4)其中F(α,x/y),c(ε)同上文中的定义. 论文第二部分考虑平方补数问题与除数问题. 除数问题一直是解析数论的热点问题.本文研究平方补数列中的除数问题. 设n为自然数,定义{a(n)}:=min{κ|n+k=m2,κ≥0,m∈N+},这是F.Smarandache[3]的问题27中定义的数列{a2(n)}的类似.我们称a(n)为平方补函数(additivesquarecomple-ments). 徐哲峰[4]研究了和式∑n≤xd(a(n))并得到了其渐近公式,这里d(n)表示Dirichlet除数函数.易媛等[5]研究了和式∑n≤xd(n+a(n))并证明了∑d(n+a(n))=3/4π2xlog2x+A1xlogx+A2x+O(x3/4+ε),其中A1,A2为常数,ε为任意小的正数. 本文证明两个主要结论:定理2.1我们有渐近公式∑n≤xd(n+a(n))=3/4π2xlog2x+A1xlogx+A2x+O(xiexp(-Cη(x))),其中C>0为绝对常数,η(x):=(1ogx)3/5(1oglogx)-1/5. 上式的余项估计是目前的最好结果.若想进一步改进常数3/4,就必须对RiemannZeta-函数的零点分布有更多的了解.比如,在Riemann假设成立的情况下,可以进一步改进3/4. 然而,不附加任何条件,我们可以证明下面的小区间结果.为此,我们设1/3<θ<1/2为引理2.2.4中的常数。由Kolesnik[2]知可取θ=43/96+ε. 定理2.2令M(x)表示定理2.1渐近公式中的主项,则当x1+θ+ε≤y≤x时有∑x≤n≤x+yd(n+a(n))=M(x+y)-M(x)+O(yx-ε/2).
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