Autor Tema: Un límite de números primos que parece finito

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03 Agosto, 2025, 01:03 pm
Respuesta #20

Richard R Richard

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Hola, martiniano como va,en este momento  no puedo  devolver  respuesta cita por cita, pero las respondo en orden de aparición. Editado introduciendo citas.

No sé lo que quieres decir con el símbolo \[ \cong \], pero en cualquier caso una cosa es \[ \displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i} \] y otra
\[ \displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n)}{p_i} \]


El sumatorio seria  para todos los primos hasta un cierto $$n$$, fíjate que habría  $$\pi (n)$$ de ellos sumados, la primera formula del hilo creo nos da esa idea , luego cuando el límite va a infinito  tanto $$n$$ como $$\pi(n) $$ tenderán a infinito.
Si tu me preguntas yo no diferencio una notación de la otra cuando estás en el límite, pero si comparto son diferentes para $$n$$ finito, no es lo mismo la suma de los primeros 100 números  primos  que la suma de los números  primos hasta el 100.

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No sé qué quieres decir con "el peor de los casos", pero ese primo no tiene por qué ser el único entre \[ p_n \] y \[ 2p_n \], es más, el teorema de los números primos nos asegura que la densidad asintótica de primos es mayor.


Cuando digo en el peor de los casos , estoy yendo al extremo suponiendo que es posible pero poco probable que entre $$n$$ y $$2n$$ haya solo un número primo y sea justo un número menos que $$2n$$...ese es el escenario que alejaría mas la sucesión del límite, por eso la tilde de "peor", es cierto que por lo general hay más primos entonces el alejamiento  es menos visible y menos fácil de representar con fórmulas, el símbolo que uso lo interpreto como aproximadamente igual , lo que se omite no altera  las primeras cifras significativas del número cuando $$n$$ es grande.
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No creo. Por el teorema de los números primos y si no me equivoco: $$\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac{\pi(2n)}{\pi(n)}=\lim\limits_{n\to\infty}\dfrac{(2n)/\ln(2n)}{n/\ln n}=2$$
Es claro que el límite que me indicas que da 2 , es claro que el límite de los logaritmos son asintoticamente iguales, es así ese limite queda el cociente entre $$2n$$ y $$n$$ luego es 2, pero si en la "última mitad" qué vienes sumando solo hay un primo, como dice el postulado como peor estimación ese cociente es 1 . Eso es lo que intento decir, pero entiendo  que al ponerle un límite no lo deje bien representado o que si hablo de estar  en el límite  si o si debe necesariamente ser 2. Es decir que debí decir que para un $$n$$ finito aunque sea extremadamente grande, si sucede lo que Bertrand afirma entonces $$\dfrac{\pi(2n)}{\pi(n)}\approx1$$
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Disculpa pero aquí me he perdido. No entiendo la conclusión que sacas. ¿Qué quiere decir que un límite no esté definido pero a la vez que se encuentre en un determinado intérvalo? ¿Quieres decir que el límite no existe pero la sucesión está acotada a partir de un cierto valor de \[ n \]?

Luego digo exactamente lo que interpretaste, el límite no está definido pero si acotado, otro ejemplo similar sería el $$\sen( x)$$  cuando $$x$$ tiende a infinito, está entre -1 y 1 pero no puedes definir  cuál número es el límite.

Aquí vemos que empíricamente  se mantiene cerca de 0.487 pero nada impide que con evaluar a siguiente primo la sucesión caiga hasta casi la mitad "en el peor de los casos", si se da una seguidilla de primos volverá a ascender pero no puede superar  0.5 ya que requiere que los primos sean más densos entre $$n$$ y $$2n$$ qué entre $$0$$ y $$n$$
,vista de ese modo el valor de la sucesión  depende del gap entre los dos últimos primos en la sucesión,  luego ,para mi eso hace que no sea un límite definido pero si acotado.

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¿te importaría buscar el error en el cálculo que realicé?

Si tu dices que hallaste el límite exacto, te creo,pero en realidad es posible que todo lo que dije previamente no esté bien fundamentado, yo no tengo herramientas rebatir tu cálculo, hay cosas que pusiste que se me escapan de interpretar la correcta razón por la que aparecen. Quizá te sea más fácil explicarme por que sí es este un límite definido, al principio si pensé que lo era, pero luego vi que no.
Respecto a la última frase citada.
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nada impide que el primo ubicado en posición 100000001 sea casi el doble del primo en posición 100000000 bajando el promedio a 0.2435... no se si puedo ser mas claro.

Sí. El teorema del número primo no impide que pase eso para algún \[ n \] concreto, pero eso tampoco impide que el límite siga existiendo.
"Para mi" afirmar que el límite es un medio es equivalente a decir que la "densidad de primos es constante " (y aclaro que hablo sobre el un medio para el promedio de los primos y que el denominador tiende a 1, que es parte del tema de este hilo pero no afecta en nada al limite de ese promedio.).
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

03 Agosto, 2025, 06:00 pm
Respuesta #21

martiniano

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Hola.

El sumatorio seria  para todos los primos hasta un cierto $$n$$, fíjate que habría  $$\pi (n)$$ de ellos sumados, la primera formula del hilo creo nos da esa idea , luego cuando el límite va a infinito  tanto $$n$$ como $$\pi(n) $$ tendrán a infinito.


Si tu me preguntas yo no diferencio una notación de la otra cuando estas en el límite, pero si comparto son diferentes para $$n$$ finito, no es lo mismo la suma de los primeros 100 números  primos  que la suma de los números  primos hasta el 100.

Pues yo creo que sí que hay diferencia. El hecho de que el límite de ambos sumatorios sea infinito no quiere decir que sean equivalentes. Fíjate que si aplicamos Stolz:

\[ \lim \displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n)}{p_i}}{\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}=\lim \displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n)}{p_i}-\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n-1)}{p_i}
}{p_n}=\lim \displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n)}{p_i}-\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n-1)}{p_i}
}{n\ln n}\cdot{}\underbrace{\displaystyle\frac{n\ln n}{p_n}}_{1}=0
 \]

El primer factor da cero por la regla del emparedado, ya que:

\[ \displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n)}{p_i}-\displaystyle\sum_{i=1}^{\pi(n-1)}{p_i}=\begin{cases}{n}&\text{si n es primo}\\0 & \text{en otro caso}\end{cases}\leq{n}
 \]

Y

\[ \lim \displaystyle\frac{n}{n\ln n}=0 \]

Luego digo exactamente lo que interpretaste, el límite no está definido pero si acotado, otro ejemplo similar sería el seno de x  cuando tiende a infinito, esta entre -1 y 1 pero no puedes definir  cual número es el límite.
Aquí vemos que empíricamente  se mantiene cerca de 0.487 pero nada impide que con evaluar a siguiente primo la sucesión caiga hasta casi la mitad "en el peor de los casos", si se da una seguidilla de primos volverá a ascender pero no puede superar  0.5 ya que requiere que los primos sean más densos entre $$n$$ y $$2n$$ qué entre $$0$$ y $$n$$
,vista de ese modo el valor de la sucesión  depende del gas entre los dos últimos  primos en la sucesión,  luego ,para mi eso hace que no sea un límite definido pero si acotado.

Claro, pero no tiene nada que ver que la sucesión "decaiga" en un momento dado con que no exista el límite. Para que no exista el límite debería "decaer" por debajo de un valor fijo infinitas veces, y eso es distinto a que pueda hacerlo puntualmente.

Si tu dices que hallaste el límite exacto, te creo es posible que todo lo que dije previamente no esté bien fundamentado, yo no puedo rebatir tu calculo., hay cosas que pusiste que se me escapan de interpretar la razón por la que aparecen.
Quizá te sea más fácil explicarme por que sí es un límite definido, al principio si pensé que lo era, pero luego vi que no.

Es que la explicación de que el límite existe es precisamente el cálculo que hice. Igual obvié demasiados pasos, pero yo creo que los tienes al alcance.

La única equivalencia que he utilizado que se sale un poco de las que se suelen usar en el cálculo de límites de sucesiones en los típicos cursos de cálculo es  \[ \lim \displaystyle\frac{p_n}{n\ln n}=1 \], también conocida como el teorema de los números primos y que no te sé demostrar. Ahora estoy de vacaciones lejos de casa y no te lo puedo mirar, pero creo recordar que está demostrada en los manuales de teoría analítica de números, si te interesa. De todas formas, no es necesario entender la demostración de eso para poder aplicarlo al cálculo de estos límites.

El resto de equivalencias que han hecho falta son la regla de Stolz y equivalencias entre logaritmos y potencias de \[ n \] bastante típicas, pero si tienes problemas con alguna de ellas la podemos mirar todo lo tranquilamente que haga falta.

Respecto a la última frase citada.
"Para mi" afirmar que el límite es un medio es equivalente a decir que la "densidad de primos es constante "

No entiendo. Pero no creo que sea lo mismo una cosa que la otra. De todas formas, si te chirría que el límite ese dé \[ 1/2 \] creo que también te va a chirriar la equivalencia de la que te he hablado antes:    \[ \lim \displaystyle\frac{p_n}{n\ln n}=1 \].

Si es así, tal vez lo suyo sería que hablásemos primero de esta última, que es más sencilla de considerar.

Saludos.

04 Agosto, 2025, 08:26 am
Respuesta #22

feriva

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Además, feriva nos explica que la aproximación de primos no es suficiente

Bueno, tengo que decir que miré el hilo demasiado por encima y al principio no entendí bien el límite.

La interpretación que hace martiniano sí la entiendo, ésta \( {\displaystyle \lim_{n\to\infty}{\displaystyle \frac{{\displaystyle \sum_{i=1}^{n}{p_{i}}}}{n\cdot{p_{n}^{1+\frac{1}{p_{n}}}}}}} \).

Lo que ocurre ahí es que, para valores de “n” grandes, el “n” real es mucho grande, pero no parece influir nada en el límite.

*Explico lo que quiero decir, que, si no, va a ser confuso.

Spoiler

Existe una cantidad de primos de 1 hasta hasta un número \( x \) (y suponemos un número muy grande).

La cantidad de primos en ese segmento es el cardinal del conjunto \( \{p_{1},p_{2},p_{3},...,p_{n}\} \) de tal forma que el subíndice “n” da el valor del cardinal de primos, obviamente. Como al emplear el teorema de los números primos para un x grande la cantidad de primos obtenida es mucho menor que la real, entonces ese “n” es menor que el real.

[cerrar]

 En el numerador tenemos la suma de los “n” primos, que son muchos menos de los que son realmente, pero también es verdad que en el denominador tenemos el mismo “n” para el enésimo primo y para a todo. Es una razón que se va compensando en el infinito numerable, digamos. Además, simplemente dando valores parece que no va a pasar de 1/2.

Tengo muy olvidados los criterios de convergencia y el teorema de Stolz y todas esas cosas (además de que las estudié muy por encima) pero si lo dice martiniano no dudo de ello, es un 1/2 seguro.

Saludos.

04 Agosto, 2025, 12:00 pm
Respuesta #23

feriva

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Lo he probado en Python con la cantidad real de primos y funciona.

Código: [Seleccionar]

from sympy import*

x=100000000

lisP = list(primerange(x))

CardP =len (lisP)

EneP = prime (CardP)

Divisor = CardP * EneP ** (1+(1/EneP))

Limit = sum(lisP) / Divisor

print (Limit)


Se tiene que lisP = list(primerange(x)) da la lista de primos contenidos desde 1 hasta x (x=100000000 en este caso) y la llama “lisP”.

CardP =len (lisP) cuenta la cantidad de elementos (los primos) que hay en la lista. Así que da el número “n” de primos y lo llama “CardP”.

EneP = prime (CardP) da los primos por orden según el valor del paréntesis; es decir: prime (1)=2; prime (2)=3... etc. Entonces prime (CardP) es prime (n), el primo más grande dentro de la lista (el enésimo en general) y lo llama EneP.

Divisor = CardP * EneP ** (1+(1/EneP)) es el divisor de la cuenta.

(Limit = sum(lisP) / Divisor) da el valor de la cuenta, donde el denominador sum(lisP) suma todos los primos hasta x.

...

Para x=100000000 se obtiene Limit=0.48461676723675917

Para x=10, con siete ceros menos, se obtiene 0.45979325771847873 y la poca diferencia ya hace intuir que va a converger.

04 Agosto, 2025, 02:12 pm
Respuesta #24

RH

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Para aclarar el límite visualmente, porque también a mí me parece más interesante de lo que aprecié al principio.



Esta es la imagen del crecimiento de la función sin dividir por n, por lo que parece que hay una proporción entre el numerador y denominador estable.
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04 Agosto, 2025, 03:48 pm
Respuesta #25

RH

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Como martiniano ha demostrado que \( {\displaystyle \lim_{n\to\infty}{\displaystyle \frac{{\displaystyle \sum_{i=1}^{n}{p_{i}}}}{n\cdot{p_{n}^{1+\frac{1}{p_{n}}}}}}}=\displaystyle\frac{1}{2} \), entonces por lógica:¿\( {\displaystyle \lim_{n\to\infty}{\displaystyle \frac{{\displaystyle \sum_{i=1}^{n}{p_{i}}}}{n\cdot{p_{n}}}}}=\infty \)?

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04 Agosto, 2025, 05:39 pm
Respuesta #26

martiniano

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Hola.

Tengo muy olvidados los criterios de convergencia y el teorema de Stolz y todas esas cosas (además de que las estudié muy por encima) pero si lo dice martiniano no dudo de ello, es un 1/2 seguro.

A ver, martiniano se puede equivocar, sólo faltaría.

Sobre la regla de Stolz puedes leer aquí

De todas formas, voy a detallar más los pasos del cálculo que hice por si alguien no ve claro algún paso concreto.

\[ \displaystyle\lim_{n\to\infty}\displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{n\cdot{p_n^{1+\frac{1}{p_n}}}}= \]
\[
\displaystyle\lim_{n\to\infty}\displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{\pi(p_n)\cdot{p_n}}\cdot{\displaystyle\frac{p_n}{ p_n^{1+\frac{1}{p_n}}}}= \]
\[ \displaystyle\lim_{n\to\infty}\displaystyle\frac{\ln(p_n)\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{p_n\cdot{p_n}}\cdot{\underbrace{\displaystyle\frac{1}{ p_n^{\frac{1}{p_n}}}}_{1}}\cdot{\underbrace{\displaystyle\frac{p_n}{\pi(p_n)\ln(p_n)}}_{1}}=
 \]
\[ \displaystyle\lim_{n\to\infty}\displaystyle\frac{\ln(p_n)\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{p_n^2}=
 \]
\[ \lim_{n\to\infty}\underbrace{\displaystyle\frac{\ln p_n}{\ln n}}_{1}\cdot{}\underbrace{\displaystyle\frac{n^2(\ln n)^2}{p_n^2}}_{1}\cdot{}\displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{n^2\ln n}=
 \]
\[ \lim\displaystyle\frac{\displaystyle\sum_{i=1}^n{p_i}}{n^2\ln n}=
 \]

\[ \lim \displaystyle\frac{p_n}{n^2\ln n-(n-1)^2\ln(n-1)}= \]

\[ \lim\underbrace{\displaystyle\frac{p_n}{n\ln n}}_{1}\cdot{}\displaystyle\frac{n\ln n}{n^2\ln n-(n-1)^2\ln(n-1)}=
 \]

\[ \lim \displaystyle\frac{n\ln n}{n^2\ln \left(\displaystyle\frac{n}{n-1}\right)+2n\ln(n-1)-\ln (n-1)}=
 \]

\[ \lim \displaystyle\frac{\ln n}{n\ln \left(1+\displaystyle\frac{1}{n-1}\right)+2\ln(n-1)-\displaystyle\frac{1}{n}\cdot{}\ln (n-1)}=
 \]

\[ \lim\displaystyle\frac{1}{\underbrace{\displaystyle\frac{1}{\ln n}}_{0}\cdot{}\ln\left[\underbrace{\left(1+\displaystyle\frac{1}{n-1}\right)^{(n-1)}}_{e}\right]^{\underbrace{\frac{n}{n-1}}_{1}}+2\cdot{}\underbrace{\displaystyle\frac{\ln(n-1)}{\ln n}}_{1}-\underbrace{\displaystyle\frac{1}{n}}_{0}\cdot{}\underbrace{\displaystyle\frac{\ln(n-1)}{\ln n}}_{1}}= 1/2
 \].


En cuanto a esto:

Como martiniano ha demostrado que \( {\displaystyle \lim_{n\to\infty}{\displaystyle \frac{{\displaystyle \sum_{i=1}^{n}{p_{i}}}}{n\cdot{p_{n}^{1+\frac{1}{p_{n}}}}}}}=\displaystyle\frac{1}{2} \), entonces por lógica:¿\( {\displaystyle \lim_{n\to\infty}{\displaystyle \frac{{\displaystyle \sum_{i=1}^{n}{p_{i}}}}{n\cdot{p_{n}}}}}=\infty \)?

No. El último límite no da infinito, y la razón es que:


Añado:

Creo que son equivalentes, como se puso al principio.

Efectivamente son equivalentes, es decir, el último límite da también \[ 1/2 \]. La razón de esto es que si \[ a_n \] tiende a infinito, entonces:

\[ \lim a_n^{\displaystyle\frac{1}{a_n}}=\lim e^{\displaystyle\frac{\ln a_n}{a_n}}=e^0=1 \]

Si hay dudas sobre algo especificadlo.

Un saludo.

05 Agosto, 2025, 01:03 am
Respuesta #27

Richard R Richard

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Hola, martiniano, he estado mirando el material que me pasas , el criterio de Stolz, he visto de que trata, sin duda me hace ruido que el límite sea un medio, pero por lo visto es así.


Creo haber visto un leve gazapo  allí en la publicación.


dice $$\frac{2}{n}+\frac{3}{2n}+\frac{4}{3n}+\cdots+\frac{n+1}{n^2}=\frac{\color{red}1+\dfrac{2}{3}\color{black}+\dfrac{4}{3}+\cdots+\dfrac{n+1}{n}}{n}.$$


Creo debería ser $$\frac{2}{n}+\frac{3}{2n}+\frac{4}{3n}+\cdots+\frac{n+1}{n^2}=\frac{\color{blue}2+\dfrac{3}{2}\color{black}+\dfrac{4}{3}+\cdots+\dfrac{n+1}{n}}{n}$$.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

05 Agosto, 2025, 01:15 am
Respuesta #28

martiniano

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Hola.

Pues parece que es una errata. Si Fernando se pasa por el hilo lo arreglará.

Un saludo.

05 Agosto, 2025, 12:15 pm
Respuesta #29

Richard R Richard

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El límite del cociente de los naturales por su máximo menos el cociente  de los primos sobre su máximo es una indeterminación $$\infty-\infty$$, así que lo que se espera es que  la gráfica tenga un crecimiento inferior , no podría  afirmar si es asintótico, a  lo que crece n, luego al dividir por n eso límites tienden a cero.

Esto me deja una duda... El limite de sumatorio de los números compuestos  sobre su máximo y dividido n , es 0?
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)