Antiquitates Mathematicae vol. 6 (2012), p. 151–156 doi: 10.14708/am.v7i1.578 Andrzej Schinzel (Warszawa) TEORIA LICZB W PRACACH PALA ERDÓSA Pal (Paweł) Erdós (1913-1996) był po Eulerze najpłodniejszym matematykiem w historii. Pozostawił 1548 prac, a liczba jego współautorów, największa w historii, sięga 500. Teorii liczb poświęcił ca 600 prac, w tym ca 70% wspólnych, które są omówione w nekrologu opublikowanym w Acta Arithmetica przez A. Sarkozy’ego [9]. Niniejszy referat w wielu miejscach powtarza podane przez Sarkozy’ego infor­ macje, zbudowany jest jednak inaczej, w kolejności działów teorii liczb podanych w MSC2010. 11A07 (kongruencje) Erdós [14] pierwszy zauważył istnienie pokrywających ukła­ dów kongruencji (1) x=a.m .odm. (1 <i<k) o różnych modułach m > l i wykorzystał ten fakt do dowodu istnienia postępu aryt­ metycznego utworzonego z liczb nieparzystych, którego żaden wyraz nie jest posta­ ci 2k+p (p pierwsze). Z tematem tym wiąże się następujący problem Erdósa, ostatnio rozwiązany negatywnie przez B. Hougha: czy dla każdego m istnieje układ pokrywa­ jący (1), gdzie m. są różne i większe od m? 1XA25 (funkcje arytmetyczne i związane z nimi liczby) W jednej ze swych pierw­ szych prac Erdós [1] podał elementarny dowód twierdzenia Davenporta, że liczby naturalne nadmierne, tzn. takie, że o(n)>2n, mają gęstość asymptotyczną dodatnią, a następnie określił [2] rząd wielkości (ale nie wzór asymptotyczny) dla log-^-^, gdzie A(x) jest liczbą liczb <x nadmiernych pierwotnych, tzn. takich liczb nadmier­ nych, że żaden ich dzielnik właściwy nie jest nadmierny. Wiele lat później Erdós [20] dowiódł, że liczba liczb <x wielokrotnie doskonałych, tzn. takich liczb n, że n | o{ń), jest 0 (x 3/4+s) dla każdego e>0. Wynik ten został znacznie wzmocniony przez Wirsinga [13]. Z kolei Erdós i Rieger [26] dowiedli, że liczba zaprzyjaźnionych par (a,b) gdzie a<b<x, tzn. takich par (a,b), że a(a):= o(b)=a+b, jest O ( ---------- Vlog log log x j' ) Wynik ten został znacznie wzmocniony przez Pomerance’a/67, który, jak sam przyzna­ je, zaczerpnął pomysł z cytowanej pracy Erdósa o liczbach nadmiernych pierwotnych. 11B13 (bazy addytywne) Bazą w zbiorze liczb naturalnych nazywamy taki pod­ zbiór В zbioru N, że dla pewnego h każda liczba naturalna jest sumą co najwyżej h elementów zbioru B. Składnikiem istotnym nazywamy taki podzbiór S zbioru N, że dla każdego podzbioru^ zbioru W o dodatniej gęstości Sznirelmana d(A)< 1 mamy d{A+S)>d{A). Pierwotna wersja pracy ukazała sie w Wiesław, Witold (ed.) History of Polish Mathematics II. (Dzieje matematyki polskiej II.) (in Polish), Instytut Matematyczny Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 2013, 326 pp. (ISBN 978-83-910055-8-3). ZBL1281.01005. 152 Erdos [4] dowiódł, że każda baza jest składnikiem istotnym, a pierwszy przykład składnika istotnego, który nie jest bazą, został podany przez Linnika [3]. 11B34 (liczba przedstawień) Erdós [18] dowiódł istnienia takiego ciągu liczb natural­ nych a., że liczbay(«) rozwiązań równania n=a.+a. spełnia nierówność Cjlog «</(«) <C2log«, gdzie ct, c2 są pewnymi stałymi dodatnimi. Do dziś nie jest znana odpowiedź na pytanie Erdósa i Turana z 1941 r., czy jeżeli dla jakiegoś ciągu a. m am y/(«)>0 dla n>no, to mamy też limsup f{n) = oo, Erdós [23] udowodnił jednak, że po zastąpieniu sumy przez iloczyn odpowiedź jest po­ zytywna. Ponadto dowiódł w [19] wspólnie z Fuchsem, że nie istnieje ciąg a., dla którego byłoby Ten wynik wiąże się z tzw. problemem koła, dotyczącym szacowania liczby punktów kratowych w kole o środku w punkcie (0,0) i promieniu yfx. Trzeba więc wziąć a .= (z -l)2 (i= 1, 2,...). Wówczas/(« )= r2(n) i mamy, jak wiadomo, n<x ^ / (n ) = тех + о(л:1/ 4+£) dla każdego s>0. n<x Zauważmy, że Jurkat (nie publikowane), a następnie Vjontgomery i Vaughan [4], ulepszyli twierdzenie Erdósa-Fuchsa, zastępując o ( ^ ^ 1/ 2) Przez o (x 1^4'). 11C08 (wielomiany) Erdós zajmował się z powodzeniem szacowaniem wysokości An «-tego wielomianu podziału koła. Udowodnił w [21], że i wyraził przypuszczenie, udowodnione później przez R. Yaughana [10], że dla każdego c<log2 i nieskończenie wielu n. Ten wynik jest najlepszy możliwy. 11D04 (równania liniowe) Erdós i Graham [25] dowiedli, że jeżeli (ax,...,a y)= \ i 0 <ax<a2< ...< ak, to największa liczba naturalna nieprzedstawialna w postaci <Zj«j + ... + aknk, gdzie n. liczby całkowite nieujemne, nie przekracza 11D41 (równania wyższych stopni) Erdós i Selfridge [27] dowiedli, że iloczyn kolej­ nych, co najmniej dwóch, liczb naturalnych nigdy nie jest pełną potęgą. 11D68 (liczby wymierne jako sumy ułamków) Niech N(a,b) będzie najmniejszą liczbą naturalną k, przy której istnieje rozkład 153 a l l — _ -----1-------h b x1 x2 1 H----- . xk gdzie liczby <xx<x2< ... <xk są naturalne. Erdos [13] dowiódł, że log log b « N( b) = max N( a, b) « 1 śaśb logb log log b' i wyraził przypuszczenie, że iV(b) « log log b. Najlepszy znany wynik w tym kierunku należący do Vose [12] jest N ( b ) « y /lo g b. Znane i sprawdzone dla 1 < b < 1014jest przypuszczenie Erdósa i Strausa, żeN(4,b)< 3 d la b > l. 11E20 (formy kwadratowe więcej niż dwu zmiennych) Erdós i Ko [3] dowiedli ist­ nienia dla każdego n > 5 formy kwadratowej dodatnio określonej z Z [xt,x2, ... ,xJ , która nie daje się rozłożyć na sumę dwóch dodatnio określonych lub półokreślonych form z Z [xj,x2, ... ,x j. 11J72 (niewymiemość) Erdós [28] dowiódł, że jeżeli a. jest ciągiem rosnącym liczb naturalnych i lim n^ 00( a n+1 — a n) = oo to j est liczbą niewymierną. 11K06 (ogólna teoria rozmieszczenia) Erdós i Turan [10] podali następujące wzmoc­ nienie twierdzenia Weyla o równomiernym rozmieszczeniu: Niech z l < v < n,bę­ dzie ciągiem liczb rzeczywistych z przedziału (0,1). Wówczas dla każdego m i 0< a< [< 1 mamy 1 — (fi — a )n m n П ST* 1 ^ < c ~~+Г 1 Т +Z /— f“/ k=l ;=i m e 2 n i jz k v<n a<z <b gdzie с jest stałą uniwersalną. 11K16 (liczby normalne) Davenport i Erdós [16] dowiedli, że dla dowolnego wielo­ mianu niestałego f. iV—►N 0.](1)J{2).. . jest normalna, przy czym liczby Д 1),.Д2)... wypisujemy w układzie dziesiętnym. 11K50 (metryczna teoria ułamków łańcuchowych) Erdós [24] dowiódł, że dla do­ wolnego zbioru S liczb naturalnych prawie wszystkie liczby rzeczywiste mają nie­ skończenie wiele reduktów, których mianowniki należą do S, wtedy i tylko wtedy, <p(n) gdy 2 nes n2 00 d 11M20 (wyniki o L(l,x) Bateman, ChowlaiErdós [15] dowiedli, że jeżeli x (n) = ( 0 (symbol Kroneckera) i \d\ przebiega liczby pierwsze, to lim su p L (l,x )(lo g lo g d )_1 > 18_1ey < lim su p L (l,^)(lo g lo g |d |) _1, d->oo d->—oo liminfL(l,x)loglogd > 3 n 2e~Y < lim infL(l,^)loglog|d|. d —>oo d->—oo 11N05 (rozmieszczenie liczb pierwszych) Erdós [12] podał elementarny wywód twierdzenia o liczbach pierwszych z tzw. formuły Selberga. O okolicznościach od­ krycia tego wywodu i zakończonym szczęśliwie konflikcie Erdósa z Selbergiem 154 patrz Goldfeld [2]. Wcześniej Erdós zajmował się różnicami kolejnych liczb pierw­ szych dn=pn+] - p ni dowiódł [3], że dla pewnej stałej c > 0 i nieskończenie wielu n log log n dn > с lo g n • ---- :---- :------rr. (log log log n ) 2 Obiecał 10000$ za dowód, że dla pewnego c> 0 i nieskończenie wielu n dn > (lo g n )1+c. Najlepszy znany wynik w tym kierunku należy do Pintza [6] i mówi, że J ^ ^ V lo g n - lo g lo g n - lo g log log lo g n n e 8 (log log lo g n )2 dla każdego e>0 i nieskończenie wielu п. у jest tu stałą Eulera. Erdós i Turan [11] dowiedli, że dla pewnego c> 0 każda z nierówności d n+1 > (1 + z ) d n i d n > (1 + e ) d n+1 ma nieskończenie wiele rozwiązań. 11N25 (rozmieszczenie liczb z warunkiem na ich strukturę multyplikatywną) Er­ dós [22] dowiódł, że liczba różnych liczb postaci ab, gdzie 1 <a<x, 1 <b<x, jest %2( lo g x ) _a+0(:i), gdzie a = 1 - l o g ( e l o g 2 ) / l o g 2 (= 0 .0 8 6 0 ...), Ten wy­ nik został wzmocniony przez K. Forda [7]. 11N32 (multyplikatywna struktura wartości wielomianu) Erdós [17] dowiódł, że wielomian o współczynnikach całkowitych nieprzywiedlny stopnia d, którego jedy­ ny stały dzielnik będący d - 1 potęgą jest 1, przedstawia nieskończenie wiele liczb wolnych od d - 1 potęg. M. Nair [5] dowiódł, że można w tym twierdzeniu zastąpić d - 1 przez [(V 2 - i ) d] + 1. 11N37 (wyniki asymptotyczne dla funkcji arytmetycznych) Erdós [9] dowiódł, że jedynymi funkcjami addytywnymi i monofonicznymi są с logn (c stała). 11N64 (funkcje rozkładu związane z funkcjami addytywnymi) Erdós i Kac [7] do­ wiedli, że co(«), liczba różnych czynników pierwszych n, spełnia związek \ 1 ęc lim - 1n < x: (o (ń ) - log lo g n < Cy/\og\ogn\ = —= . I e~t2/2 dt, x-*°°X yj2n _oo J przy czym twierdzenie przenosi się na obszerną klasę funkcji addytywnych. 11P05 (problem Waringa i jego warianty) Davenport i Erdos^ó] dowiedli, że licz­ ba sum + x \ + x \ < n jest > n a~£, gdzie a = - — — dla każdego e>0 i Kr К n >n0(e). Ten wynik dla n >6 nie został dotąd poprawiony.1 Uogólnienie na sumę s> 3 k-tych potęg podał Vaughan [11]. 11P81 (elementarna teoria partycji) Erdós [8] podał dowód elementarny wzoru asymptotycznego dla liczby partycjip(x): ✓ч a I ln ' p (n ) exp 27Г П V V6; nie wyznaczając jednak współczynnika a. Ten ostatni krok został zrobiony przez D.J. Newmana [6]. 1. został poprawiony dopiero w 1989r. przez R.C.Vaughana (Acta Math.162,1-71 patrz też J.London Math. Soc.(2)39,219-230).(ad. autor) 155 11P82 (analityczna teoria partycji) Powiemy, że partycja n = a x+ a 2+ . . . a n p rze d sta ­ w ia /я, jeżeli dla pewnych e = 0 lub 1, m = E la + . .. + e kak. Erdós i Szalay [29] dowiedli, że prawie wszystkie partycje n przedstawiają każdą liczbę < n i wśród partycji, które nie przedstawiają pewnej liczby < n , w prawie wszystkich nie występuje liczba 1. Cytowane prace P. Erdósa [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] On the density o f the abundant numbers, J. London Math. Soc. 9 (1934), 278-282. On primitive abundant numbers, ibid. 10 (1935), 49-58. On the difference o f consecutive primes, Quart. J. Math. Oxford Ser. 6 (1935), 124-128. On the arithmetical density o f the sum o f two sequences one o f which form s a basis fo r the integers, ActaArith. 1 (1936), 197-200. (z Chao Ко) On definite quadratic form s which are not the sum o f two definite or semidefinite forms, ibid. 3 (1939), 102-121. (z H. Davenportem) On sums o f positive integral к-powers, Ann. o f Math. (2) 40 (1939), 533-536. (z M. Kacem) The Gaussian law o f errors in the theory o f additive number-theoretic functions, Amer. J. Math. 62 (1940), 738-742. On an elementary p ro o f o f some asymptotic formulas in the theory ofpartitions, Ann, o f Math. (2) 42 (1942), 437-450. On the distribution function o f additive functions, ibid. 47 (1946), 1-20. (z P. Turanem) On a problem in the theory o f uniform distribution I, II, Indag. Math. 10 (1948), 370-378, 406-413. (z P. Turanem) On some new questions on the distribution o f prim e numbers, Bull. Amer. Math. Soc. 54 (1948), 371-378. On a new method in elementary number theory which leads to an elementary p ro o f o f the prim e number theorem, Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 35 (1949), 374-384. On the integer solutions o f the equation — + — + ••• + — = - (po węgiersku, ze stresz­ czeniem rosyjskim i angielskim), Mat. Lapok 1 (1950), 192-210. On integers o f the form 2k+ p and some related problems, Summa Brasil. Math. 2 (1950), 113-123. (z P. T. Batemanem i S. Chowlą) Remarks on the size o /L (l, %), Publ. Math. Debrecen 1 (1950), 165-182. (z H. Davenportem) A note on normal decimals, Canad. J. Math. 4 (1952), 58-63. Arithmetical properties ofpolynom ials, J. London Math. Soc. 28 (1953), 416-425. On a problem o f Sidon in additive number theory, Acta Sci. Math. Szeged 15 (1954), 255-259. (z W. H. J. Fuchsem) On a problem o f additive number theory, J. London Math. Soc. 31 (1956), 67-73. On perfect and multiply perfect numbers, Ann. Mat. Pura Appl. (4) 42 (1956), 2 5 3 258. On the growth o f the cyclotomic polynom ial in the interval (0,1), Proc. Glasgow Math. Assoc. 3 (1957), 102-104. Об одном асимптотическом неравенстве в теории чисел, Вестник Ленинградского Университета 15 (1960), по. 13, 41—49. On the multiplicative representation o f integers, Israel J. Math. 2 (1965), 251-261. On the distribution o f convergents o f almost all real numbers, J. Number Theory 156 2 (1970), 425-441. [25] (z R. L. Grahamem) On a linear diophantine problem o f Frobenius, Acta Arith. 21 (1972), 399-408. [26] (z G. J. Riegerem) Ein Nachtrag uber befreundete Zahlen, J. Reine Angew. Math. 273 (1975), 220. [27] (z J. L. Selfridgem) The product o f consecutive integers is never a power, Illinois J. Math. 19(1975), 292-301. [28] Sur I’irrationalite d ’une certaine serie, С. R. Acad. Sci. Paris Ser. I Math. 292 (1981), 765-768. [29] (z M. Szalayem) On some problem s o f J. Denes and P. Turan, in: Studies in Pure Math­ ematics, Birkhauser 1983, 187-212. Prace innych autorów [1 ] К. Ford, Integers with a divisor in [y, 2y], in: Anatomy o f Integers, CRM Proc. Lecture Notes 46, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2008, 65-80. [2 ] D. Goldfeld, The elementary p ro o f o f the prim e number theorem, an historical per­ spective, in: Number Theory, Springer 2004,179-192. [3 ] Yu. V. Linnik, On Erdós s theorem on the addition o f numerical sequences, Rec. Math. [Mat. Sbomik] N.S. 10(52) (1942), 67-78. [4 ] H. L. Montgomery and R. C. Vaughan, On the Erdós—Fuchs theorems, in: A Tribute to Paul Erdos, Cambridge Univ. Press 1990, 331-338. [5 ] M. Nair, Pow er free values o f polynomials, Mathematika 23 (1976), 159-183. [6 ] D. J. Newman, The evaluation o f the constant in the formula fo r the number ofparti­ tions o f nn, Amer. J. Math. 73 (1951), 599-601. [7 ] J. Pintz, Very large gaps between consecutive primes, J. Number Theory 63 (1997), 2 8 6 -3 0 1 . [8 ] C. Pomerance, On the distribution o f amicable numbers I— II, J. Reine Angew. Math. 293/294 (1977), 217-222; 325 (1981), 183-188. [9 ] A. Sarkozy, Paul Erdós (1913-1986), Acta Arith. 81 (1997), 301-343. [1 0 ] R. C. Vaughan, Bounds fo r the coefficients o f cyclotomic polynomials, Michigan Math. J. 21 (1974), 289-295. [11] R. C. Vaughan, The Hardy—Littlewood Method, Cambridge Univ. Press 1981. [1 2 ] M. D. Vose, Egyptian fractions, Bull. London Math. Soc. 17 (1985), 21-24. [1 3 ] E. Wirsing, Bemerkung zu der Arbeit iiber volkommene Zahlen, Math. Ann. 137 (1959), 316-318. Andrzej Schinzel Instytut Matematyczny Polskiej Akademii Nauk ul. Śniadeckich 8 00-956 Warszawa e-mail: [email protected]