MathLabs

Bài toán mở, Số học và Lý thuyết số, Xác suất và Thống kê, nêu năm 1936

Giả thuyết Cramér về khoảng cách giữa các số nguyên tố

Còn mở

Nếu pnp_n ký hiệu số nguyên tố thứ nn và gn=pn+1−png_n = p_{n+1} - p_n, thì gn=O ⁣((log⁡pn)2)g_n = O\!\left((\log p_n)^2\right) khi n→∞n \to \infty; ở dạng gốc mạnh hơn của Cramér, lim sup⁡n→∞pn+1−pn(log⁡pn)2=1\limsup_{n \to \infty} \frac{p_{n+1} - p_n}{(\log p_n)^2} = 1.

Hiện trạng nghiên cứu tính đến năm 2026

Tính đến năm 2026, một khoảng cách khổng lồ vẫn ngăn cách các chặn trên và chặn dưới đã biết cho khoảng cách nguyên tố cực đại với dự đoán (log⁡pn)2(\log p_n)^2 của Cramér. Một cách vô điều kiện, chặn trên tốt nhất cho mọi khoảng cách nguyên tố là gn≪pn0.525g_n \ll p_n^{0.525} (Baker–Harman–Pintz, 2001), trong khi ước lượng mật độ không điểm năm 2024 của Guth–Maynard thiết lập định lý số nguyên tố tiệm cận trên các khoảng ngắn [x,x+x17/30+ε][x, x+x^{17/30+\varepsilon}]. Ngay cả dưới giả thuyết Riemann, chặn tốt nhất đã biết cũng chỉ là gn=O(pnlog⁡pn)g_n = O(\sqrt{p_n}\log p_n), vẫn là một luỹ thừa của pnp_n chứ chưa phải đa thức theo logarit. Ở chiều ngược lại, chặn dưới vô điều kiện tốt nhất cho vô hạn khoảng cách là gn≫log⁡pnlog⁡log⁡pnlog⁡log⁡log⁡log⁡pnlog⁡log⁡log⁡png_n \gg \frac{\log p_n \log\log p_n \log\log\log\log p_n}{\log\log\log p_n} (Ford–Green–Konyagin–Maynard–Tao, 2014), chỉ nhỉnh hơn log⁡pn\log p_n một chút.

Kết quả tốt nhất đã biết

  • Chặn trên vô điều kiện: pn+1−pn≪pn0.525p_{n+1} - p_n \ll p_n^{0.525} với mọi nn đủ lớn (Baker, Harman và Pintz, 2001).
  • Chặn trên có điều kiện: pn+1−pn=O(pnlog⁡pn)p_{n+1} - p_n = O(\sqrt{p_n}\log p_n) dưới giả thuyết Riemann (Cramér, 1920).
  • Chặn dưới vô điều kiện: pn+1−pn≫log⁡pnlog⁡log⁡pnlog⁡log⁡log⁡log⁡pnlog⁡log⁡log⁡pnp_{n+1} - p_n \gg \frac{\log p_n \log\log p_n \log\log\log\log p_n}{\log\log\log p_n} xảy ra vô hạn lần (Ford, Green, Konyagin, Maynard và Tao, 2014).

Công cụ và chỗ dừng

Công cụĐạt đượcChỗ dừng
Ước lượng mật độ không điểm của ζ(s)\zeta(s) và sàng HarmanKiểm soát số nguyên tố trong các khoảng ngắn [x,x+xθ][x, x+x^{\theta}], hạ số mũ vô điều kiện xuống θ=0.525\theta = 0.525.Ngay cả giả thuyết Riemann đầy đủ cũng chỉ đạt tới θ=1/2+ε\theta = 1/2 + \varepsilon, vì các công thức tường minh lấy tổng qua các không điểm trên đường tới hạn Re(s)=1/2\mathrm{Re}(s)=1/2.
Phương pháp sàng loại bỏ của Rankin kết hợp trọng số bộ nguyên tố Maynard–TaoXây dựng các khoảng dài gồm các hợp số liên tiếp bằng cách chọn các lớp thặng dư modulo các số nguyên tố đến zz, phá vỡ rào cản chặn Rankin lâu đời của Erdős.Theo định lý số nguyên tố, tích các số nguyên tố dưới z≈log⁡xz \approx \log x không thể vượt quá xx, giới hạn các phép dựng hàm Jacobsthal ở cỡ (log⁡x)(log⁡log⁡x)O(1)(\log x)(\log\log x)^{O(1)} và còn cách rất xa (log⁡x)2(\log x)^2.

Câu hỏi còn mở

  • Có thể chứng minh pn+1−pn≪pnθp_{n+1} - p_n \ll p_n^{\theta} với một số mũ θ<1/2\theta < 1/2 nào đó, ngay cả khi có điều kiện theo giả thuyết Riemann và giả thuyết tương quan cặp của Montgomery hay không?
  • Giá trị thực sự của lim sup⁡n→∞(pn+1−pn)/(log⁡pn)2\limsup_{n\to\infty} (p_{n+1}-p_n)/(\log p_n)^2 bằng 11 (Cramér), 2e−γ≈1.12292e^{-\gamma} \approx 1.1229 (Granville), hay lớn hơn?

Tài liệu tham khảo

  1. Harald Cramér (1936). On the order of magnitude of the difference between consecutive prime numbers · DOI:10.4064/aa-2-1-23-46
  2. Andrew Granville (1995). Harald Cramér and the distribution of prime numbers · DOI:10.1080/03461238.1995.10413946
  3. Roger C. Baker, Glyn Harman, János Pintz (2001). The difference between consecutive primes, II · DOI:10.1112/plms/83.3.532
  4. Kevin Ford, Ben Green, Sergei Konyagin, James Maynard, Terence Tao (2018). Long gaps between primes · DOI:10.1090/jams/890 · arXiv:1412.5029