解法:梅纳德的多维筛法:素数之间的有界间隔(2013年)
通俗地说
现在所有的部分都严丝合缝地拼在了一起。经典的 Bombieri–Vinogradov 定理自20世纪60年代就已知晓,无需张益唐的新估计,就能保证分布水平 可以任意接近 。把 与 代入第5步的阈值,连同第6步的数值事实 ,便得到 :无穷多次, 个位移值中至少有两个是素数。
剩下的只是一个纯粹组合性的事实——存在一个可容许的 元组,恰好装在一个长度仅为 的区间内——由此保证的两个素数自然彼此相距不超过 。
详细分析
由 Bombieri–Vinogradov 定理,素数对每个 都具有分布水平 (这是一个不需要张益唐工作任何输入的经典结果)。取 ,命题4.3 给出 ,梅纳德直接验证当 足够接近 时有 ,因此 (梅纳德2013年,第4节,定理1.3的证明)。由命题4.2(第5步),对任何可容许的 ,都有无穷多个 使得 中至少有 个同时为素数。
剩下的只需展示一个直径不超过 的可容许 元集合;这样的集合可以通过直接的有限搜索找到(为每个小素数选出避开一个模类的 个剩余类),梅纳德证实确实存在这样的集合。它的位移值中有两个无穷多次同时为素数,意味着满足 的两个素数 无穷多次出现在相邻或近乎相邻的素数之中,从而得到 (梅纳德2013年,定理1.3)。
至关重要的是,这个论证没有用到超出经典 Bombieri–Vinogradov 定理的任何估计:它仅用更古老的工具就改进了张益唐最初的 ,而这完全得益于第3–6步中的多维筛法。
- Bombieri–Vinogradov 定理
- 一个经典定理(1965年),陈述对任意 ,在模 上平均而言,直到 的素数在剩余类中的分布几乎与素数定理预测的一样均匀——起到了广义黎曼猜想若被证明将会起到的作用。