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未解決問題、算術と数論、1958年に提起

シンツェルの仮説Hとブニャコフスキー予想

未解決

正の最高次係数をもつ Z[x]\mathbb{Z}[x] 内の非定数既約多項式の任意の有限族 {f1(x),…,fk(x)}\{f_1(x), \dots, f_k(x)\} に対し、すべての整数 nn について積 f1(n)⋯fk(n)f_1(n)\cdots f_k(n) を割り切る素数 pp が存在しないならば、f1(n),…,fk(n)f_1(n), \dots, f_k(n) が同時に素数となる正の整数 nn が無限に存在する。k=1k=1 の場合がブニャコフスキー予想である。

研究の最前線 2026年時点

2026年時点で、ブニャコフスキー予想は次数 ≥2\ge 2 のいかなる単一多項式に対しても未解決であり、シンツェルの仮説Hもいかなる多項式の組(k≥2k \ge 2)に対しても未解決である。最も近い無条件の結果は、素数性を概素数性へと緩めるもの(n2+1n^2+1 が無限に多くの整数で高々2個の素因数をもつという1978年のイヴァニエッツの定理など)か、あるいは1変数多項式を2変数多項式に置き換えるもの(フリードランダー–イヴァニエッツの a2+b4a^2+b^4 定理(1998年)やヒース=ブラウンの a3+2b3a^3+2b^3 定理(2001年)など)である。一次形式の族 {x+h1,…,x+hk}\{x+h_1, \dots, x+h_k\} に対しては、メイナード–タオの篩(2013年)により、任意の mm に対して kk が十分大きければ少なくとも mm 個の一次形式が無限に多くの整数で同時に素数となることが示され、ディクソン予想の弱い存在命題が確立されている。

既知の最良の結果

  • k=1k=1 かつ deg⁡f1=1\deg f_1 = 1 の場合、ブニャコフスキー予想は算術級数中の素数に関するディリクレの定理(1837年)により成り立つ。
  • 固定素因数をもたない任意の既約二次多項式 f(x)f(x) に対し、無限に多くの nn で f(n)f(n) は高々2個の素因数をもつ(イヴァニエッツ、1978年)。
  • kk 個の一次多項式からなる任意の許容組に対し、k≥Ce4mk \ge C e^{4m} であれば、そのうち少なくとも mm 個が無限に多くの整数で同時に素数となる(メイナード、タオ、Polymath8b、2013–2014年)。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
半次元篩および重み付き線形篩単一の多項式や有界次数の多項式系に対して概素数値(PrP_r)の存在を示す。パリティ障壁を越えて真の素数(P1P_1)を保証することができず、また次数 d≥2d \ge 2 の多項式列に対する分布レベルが小さすぎる。
メイナード–タオの多次元篩多項式族がボンビエリ–ヴィノグラードフ型の定理を満たすとき、kk 個の許容多項式の中から少なくとも mm 個の同時素数を見出す。kk が mm よりはるかに大きい必要があり(kk 個すべてが同時に素数になるとは証明できない)、また主に一次多項式でしか知られていない分布レベル評価に依存する。

未解決の問い

  • 無限に多くの素数値をとる次数 ≥2\ge 2 の1変数多項式 f(x)∈Z[x]f(x) \in \mathbb{Z}[x] は1つでも存在するか。
  • メイナード–タオの有界クラスター定理を、既約二次多項式の許容族へ無条件に拡張できるか。

参考文献

  1. Andrzej Schinzel, Wacław Sierpiński (1958). Sur certaines hypothèses concernant les nombres premiers · DOI:10.4064/aa-4-3-185-208
  2. Paul T. Bateman, Roger A. Horn (1962). A heuristic asymptotic formula concerning the distribution of prime numbers · DOI:10.1090/S0025-5718-1962-0148632-7
  3. Henryk Iwaniec (1978). Almost-primes represented by quadratic polynomials · DOI:10.1007/BF01578070