Théorème de la raréfaction des nombres premiers
Le théorème de la raréfaction des nombres premiers est un résultat démontré par Adrien-Marie Legendre en 1808[1]. C'est, aujourd'hui, un corollaire du théorème des nombres premiers[2], conjecturé par Gauss et Legendre dans les années 1790 et démontré un siècle plus tard.
Le résultat énonce que la densité asymptotique de l'ensemble des nombres premiers est nulle, c'est-à-dire que le nombre de nombres premiers inférieurs à n, π(n), est négligeable devant n lorsque n tend vers l'infini, autrement dit que
La preuve initiale utilise les techniques de crible fondées sur le principe d'inclusion-exclusion[2]. L'interprétation est qu'à mesure que n croît, la proportion de nombres premiers parmi les entiers naturels inférieurs à n tend vers zéro, d'où le terme de « raréfaction des nombres premiers ».
Esquisse d'une preuve élémentaire
[modifier | modifier le code]On note le produit des premiers nombres premiers.
On calcule d'une part l'indicatrice d'Euler de [3] :
Lemme : Les entiers de l'intervalle qui ne sont multiples d'aucun des sont au nombre de , donc leur proportion est .
On prouve d'autre part que (par divergence de la série des inverses des nombres premiers ou, plus directement[4], en utilisant l'expression de la somme d'une série géométrique de raison 1/pk < 1 et la divergence de la série harmonique).
Une petite astuce supplémentaire permet d'en déduire le résultat final.
Notes et références
[modifier | modifier le code]- Jean-Paul Delahaye, Merveilleux nombres premiers : Voyage au cœur de l'arithmétique, [détail de l’édition].
- (en) Paulo Ribenboim, The Book of Prime Number Records, Springer, (lire en ligne), p. 159.
- On peut par exemple utiliser le principe d'inclusion-exclusion ou, comme Delahaye 2000, le théorème des restes chinois.
- Voir « Produit eulérien ».