Pravdepodobnosť náhodného výberu prvočísla

Teória čísel je vetvou matematika ktoré sa týka súboru celých čísel. Týmto spôsobom sa trochu obmedzujeme, pretože priamo neštudujeme iné čísla, napríklad iracionálne. Avšak, iné typy skutočné čísla sú použité. Okrem toho má subjekt pravdepodobnosti mnoho súvislostí a priesečníkov s teóriou čísel. Jedno z týchto spojení sa týka distribúcie základné čísla. Konkrétnejšie sa môžeme opýtať, aká je pravdepodobnosť, že náhodne vybrané celé číslo od 1 do X je prvočíslo?

Rovnako ako pri akomkoľvek matematickom probléme je dôležité pochopiť nielen to, aké predpoklady sa robia, ale aj vymedzenie všetkých kľúčových pojmov problému. Pre tento problém zvažujeme kladné celé čísla, čo znamená celé čísla 1, 2, 3,. .. do určitého počtu X. Náhodne vyberáme jedno z týchto čísel, čo znamená, že všetky X z nich je rovnako pravdepodobné, že budú vybraní.

Snažíme sa určiť pravdepodobnosť, že sa vyberie prvočíslo. Preto musíme pochopiť definíciu prvočísla. Prvočíslo je kladné celé číslo, ktoré má presne dva faktory. To znamená, že jediní delitelia prvočísel sú jedno a samotné číslo. 2,3 a 5 sú teda prvočísla, ale 4, 8 a 12 nie sú prvočísla. Poznamenávame, že pretože v prvočísle musia byť dva faktory, číslo 1 je

Riešenie tohto problému je pre nízke čísla jednoduché X. Všetko, čo musíme urobiť, je jednoducho spočítať počet prvočísel, ktoré sú menšie alebo rovnaké X. Rozdeľujeme počet prvočísel na menej ako alebo rovných X podľa čísla X.

Napríklad na nájdenie pravdepodobnosti, že je prvočíslo vybrané od 1 do 10, vyžaduje, aby sme rozdelili počet prvočísel od 1 do 10 číslom 10. Čísla 2, 3, 5, 7 sú najvyššie, takže pravdepodobnosť, že je vybrané, je 4/10 = 40%.

Pravdepodobnosť, že sa prvočíslo vyberie od 1 do 50, sa dá nájsť podobným spôsobom. Primáre, ktoré sú menšie ako 50, sú: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43 a 47. Existuje 15 prvočísiel menších ako 50 alebo rovných 50. Pravdepodobnosť náhodného výberu je 15/50 = 30%.

Tento proces sa môže uskutočniť jednoduchým spočítaním prvočísel, pokiaľ máme zoznam prvočísel. Napríklad existuje 25 prvočísel, ktoré sú menšie alebo rovné 100. (Teda pravdepodobnosť, že náhodne vybrané číslo od 1 do 100 je najvyššia, je 25/100 = 25%.) Avšak, ak nemáme zoznam prvočísel, mohlo by to byť výpočtovo náročné na určenie množiny prvočísel, ktoré sú menšie alebo sa rovnajú danému počtu číslo X.

Ak nemáte počet prvočísel, ktoré sú menšie alebo rovnaké X, potom existuje alternatívny spôsob riešenia tohto problému. Riešenie zahŕňa matematický výsledok známy ako teória primárneho čísla. Toto je vyhlásenie o celkovom rozdelení prvočísel a môže sa použiť na priblíženie pravdepodobnosti, ktorú sa snažíme určiť.

Veta o prvočísle uvádza, že existuje približne X / ln (X) prvočísla, ktoré sú menšie alebo sa rovnajú X. Tu ln (X) označuje prirodzený logaritmus Xalebo inými slovami logaritmus so základňou číslo e. Ako hodnota X zvyšuje aproximáciu zlepšuje, v tom zmysle, že vidíme pokles relatívnej chyby medzi počtom prvočísel X a výraz X / ln (X).

Výsledok teórie prvočísla môžeme použiť na vyriešenie problému, ktorý sa snažíme vyriešiť. Podľa vety prvočísla vieme, že existuje približne X / ln (X) prvočísla, ktoré sú menšie alebo sa rovnajú X. Okrem toho existuje celkom X kladné celé čísla menšie alebo rovné X. Pravdepodobnosť, že náhodne vybrané číslo v tomto rozsahu je prvoradá, je (X / ln (X) ) /X = 1 / ln (X).

Tento výsledok môžeme teraz použiť na priblíženie pravdepodobnosti náhodného výberu prvočísla z prvého miliardy celé čísla. Vypočítame prirodzený logaritmus jednej miliardy a vidíme, že ln (1 000 000 000) je približne 20,7 a 1 / ln (1 000 000 000) je približne 0,0483. Existuje teda asi 4,83% pravdepodobnosť náhodného výberu prvočísla z prvých miliárd celých čísel.