A5. Carrés, cubes, puissances d'ordre n
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Démontrer que pour tout n ≥2, la somme des n premiers nombres premiers (2,3,5,7,11,etc...)est comprise entre n2 et n3 et celle de leurs carrés entre n3 et n4. Pour les plus courageux : pour tout entier k > 0 fixé à l’avance, est-il vrai qu’à partir d’un certain rang nk , pour tout n > nk , la somme des puissances d’ordre k des n premiers nombres premiers est comprise entre nk+1 et nk+2 ?
Comme l'ont remarqué plusieurs lecteurs, la résolution de ce problème suppose admises des propriétés sur le comportement asymptotique des nombres premiers. Il existe une approximation bien connue du n-ième nombre premier p n ≈ nLn(n) mais elle ne suffit pas pour démontrer que la somme des puissances d'ordre k des n premiers nombres premeirs est <n k+2.Il faut des encadrements plus précis tels que ceux décrits par Pierre Dusart, par exemple celui obtenu à partir du théorème de Rosser: Ln(n) + Ln(Ln(n) - 1 < p n/n < Ln(n) + Ln(Ln(n)) pour n≥ 6. Michel Lafond, Patrick Gordon, Marc Humery, Jean Moreau de Saint Martin, Gaston Parrour, Paul Voyer et Antoine Verroken ont résolu tout ou partie du problème en faisant généralement appel aux propriétés asymptotiques de p n.
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