25 de jan de 2014

Conjecturas de Sebá Sobre a Distância Entre Dois Números Primos Consecutivos

Depois que Euclides provou, usando a matemática de sua época, que existem infinitos números primos, outros matemáticos também demonstraram, mas usando uma matemática muito mais avançada daquela que Euclides usou na sua demonstração.
Que existem infinitos números primos, não há mais dúvida após a demonstração dada por Euclides, mas e a distância entre dois números primos consecutivos, por que nenhum autor de livros de teoria dos números ainda não se pronunciou? É claro, que à medida que os números primos crescem, a distância entre dois números primos consecutivos cresce enormemente, haja vista que existem desertos de primos, com lacunas preenchidas por números compostos, de comprimentos tão grande quanto se queira,.

Será que existe algum caso particular no qual os números primos apresentem algum padrão na sua distribuição? Sim! É o que  veremos a seguir.
  
Conjectura (Sebá $1$): Se escolhermos uma sequência de  n primos consecutivos $p_1$, $p_2$, $p_3$, $\cdots$, $p_{n-2}$, $p_{n-1}$, $p_n$, e subtrairmos $(p_2 – p_1)$, $(p_3 – p_2)$, $\cdots$ , $(p_{n-1} – p_{n-2})$  e  $(p_n – p_{n-1})$, a soma das diferenças é igual a $p_n – p_1$, ou seja, $p_n – p_1 =$ $(p_2 – p_1)$ $+ (p_3 – p_2)$ $+ \cdots + (p_{n-1} – p_{n-2})$  $+ ( p_n – p_{n-1})$.

Exemplo $1$: $2,3,5,7,11,13,17$
\begin{matrix}
17–2= (3–2)+(5–3)+(7–5)+(11–7)+(13–11)+(17–13)
\\15=1+2+2+4+2+4
\end{matrix}

Exemplo $2$: $31, 37, 41, 43, 47, 53$
\begin{matrix}
53–31=(37–31)+(41–37)+(43–41)+(47–43)+(53–47)
\\22=6+4+2+4+6
\end{matrix}

Exemplo $3$: $127, 131, 137, 139, 149$
\begin{matrix}
149–127=(131–127)+(137–131)+(139–137)+(149–139)
\\22=4+6+2+10
\end{matrix}

Exemplo $4$: $1901, 1907, 1913, 1931$
\begin{matrix}
1931–1901=(1907–1901)+(1913–1907)+(1931–1913)
\\30=6+6+18
\end{matrix}

Exemplo $5$: $2689, 2693, 2699, 2707$
\begin{matrix}
2707-2689=(2693–2689)+(2699–2693)+(2707–2699)
\\18=4+6+8
\end{matrix}

E assim por diante.

Por meio dos exemplos da conjectura (Sebá 1), elaborou-se a seguinte conjectura:

Conjectura (Sebá $2$): Se $p_1$ e $p_n$ forem dois primos consecutivos e $p_n–p_1=k$, então $k–1$ é a quantidade de números compostos entre  $p_1$ e $p_n$. 

Exemplo $6$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=3$ e $p_n=5$, então $p_n–p_1=2$. Logo, $k=2$ e $k–1=2–1=1$. Portanto, existe um número composto entre os dois primos consecutivos $3$ e $5$.


Exemplo $7$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=7$ e $p_n=11$, então $p_n–p_1=4$. Logo $k=4$ e $k–1=4–1=3$. Portanto, existem $3$ números compostos entre os dois primos consecutivos $7$ e $11$.

Exemplo $8$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=23$ e $p_n=29$, então $p_n–p_1=6$. Logo $k=6$ e $k–1=6–1=5$. Portanto, existem $5$ números compostos entre os dois primos consecutivos $23$ e $29$.

Exemplo $9$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=89$ e $p_n=97$, então $p_n–p_1=8$. Logo $k=8$ e $k–1=8–1=7$. Portanto, existem $7$ números compostos entre os dois primos consecutivos $89$ e $97$.

Exemplo $10$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=139$ e $p_n=149$, então $p_n–p_1=10$. Logo $k=10$ e $k–1=10–1=9$. Portanto, existem $9$ números compostos entre os dois primos consecutivos $139$ e $149$.

Exemplo $11$: Sejam $p_1$ e $p_n$ dois primos consecutivos $p_1=75042769$ e $p_n=75042917$, então $p_n–p_1=148$. Logo $k=148$ e $k–1=148–1=147$. Portanto, existem $147$ números compostos entre os dois primos consecutivos $75042769$ e $75042917$.

E assim por diante.

Já que à medida que os números primos crescem, a distância entre dois números primos consecutivos também cresce. Vamos analisar o comprimento da distância entre dois números primos consecutivos por meio da diferença entre as suas  raízes quadradas.

Conjectura (Sebá $3$): Se $p_1$ e $p_2$ forem dois primos consecutivos e $p_2-p_1=2n$ então as diferenças $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ decrescem à medida que $p_1$ e $p_2$ crescem.

Tabela $1$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $p_2-p_1=2$

Tabela $2$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $p_2-p_1=4$

Tabela $3$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $p_2-p_1=6$

Tabela $4$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $p_2-p_1=8$

Tabela $5$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $p_2-p_1=10$

E assim por diante.

Nota-se pelas tabelas acima que para $p_2-p_1=2$, $4$, $6$, $8$ ou $10$, as diferenças $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ decrescem à medida que $p_1$ e $p_2$

Será que a diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$  é menor que a unidade porque as diferenças $2$, $4$, $6$, $8$ ou $10$ são pequenas entre os dois primos consecutivos $p_1$ e $p_2$?  Tendo em vista que à medida que os números primos crescem eles vão ficando mais escassos, será que se aumentarmos $p_1$ e $p_2$ para a ordem de centenas de milhares  ou milhões, as diferenças $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$  continuarão menores que a unidade? É o que veremos a seguir.

Tabela $6$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$, para $22 \leq p_2 - p_1 \leq 148$

Para a tabela $6$, nota-se que para $p_1$ e$ p_2$ na ordem de milhões, as diferenças $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ ainda continuam menores que $0,5$.

Conjectura (Sebá $4$): Se $p_1$ e $p_2$ forem dois números primos consecutivos, então $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}<1$.

Qual será o comportamento da diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p1}$ se $p_1$ e $p_2$ nao forem consecutivos? Sempre que $p_2-p_1=2$, $p_1$ e $p_2$ são consecutivos, mas se $p_2-p_1=4$, $6$, $8$, $10$, $\cdots$ $p_1$ e $p_2$ podem ser consecutivos ou não. Se não, vejamos:

Para $p_1 = 3$ e $p_2 = 7$, temos que $p_2 – p_1 = 4$. Assim,  $p_1$ e $p_2$ não são consecutivos porque existe o primo $5$ entre os primos $3$ e $7$.

Para $p_1 = 7$ e $p_2 = 11$, temos que  $p_2 – p_1 = 4$. Assim, $p_1$ e $p_2$ são consecutivos porque não existe nenhum  primo entre os primos $7$ e $11$.

Para $p_1 = 7$ e $p_2 = 13$, temos que $p_2 – p1 = 6$. Assim, $p_1$ e $p_2$ não são consecutivos porque existe o primo $11$ entre os primos $7$ e $13$.

Para $p_1 = 23$ e $p_2 = 29$, temos que $p_2 – p1 = 6$. Assim, $p_1$ e $p_2$ são consecutivos porque não existe nenhum primo  entre os primos $23$ e $29$.

Para $p_1 = 11$ e $p_2 = 19$, temos que $p_2 – p1 = 8$. Assim, $p_1$ e $p_2$ não são consecutivos porque existem os primos $13$ e $17$  entre os primos $11$ e $19$.

Para $p_1 = 89$ e $p_2 = 97$, temos que $p_2 – p1 = 8$. Assim, $p_1$ e $p_n$ são consecutivos porque não existe nenhum primo  entre os primos $89$ e $97$.

Para $p_1 = 13$ e $p_2 = 23$, temos que $p_2 – p1 = 10$. Assim, $p_1$ e $p_2$ não são consecutivos porque existem os primos $17$ e $19$ entre os primos $13$ e $23$.
.
Para $p_1 = 139$ e $p_2 = 149$, temos que $p_2 – p_1 = 10$. Assim, $p_1$ e $p_2$ são consecutivos porque não existe nenhum primo entre os primos $139$ e $149$.

Vejamos o comportamento da diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ se $p_1$ e $p_2$ não forem consecutivos:

Tabela $7$: A diferença $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ para $p_1$ e $p_2$ não-consecutivos

Nota-se pela tabela $7$ que para $p_2-p_1=4$, $6$, $8$ ou $10$, as diferenças $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}$ aumentam à medida que $p_1$ e $p_2$ aumentam, chegando a serem próximas ou maiores que a unidade.

Conjectura (Sebá $5$): Se $p_1$ e $p_2$ não forem consecutivos, então $0<\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}<1$ ou $\sqrt{p_2}-\sqrt{p_1}>1$.

Este artigo foi cedido gentilmente por Sebastião Vieira do Nascimento (Sebá). Professor Titular (por concurso) aposentado da UFCG – PB, além de colaborador deste blog.

Veja mais: 

Sobre os Primos Gêmeos
Deserto Entre Números Primos
Critérios de Divisibilidade por Qualquer Número Primo Maior que Onze

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14 comentários:

  1. Mas o Sebá é danado!

    Gostei das conjecturas... Trabalhar com números primos e perceber alguns padrões assim é um bom estudo!

    :0 Esperando o dia em que veremos teorias comprovadas a respeito destes números! Veremos?

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    1. Olá Charles! O Sebá é especialista nestes estudos sobre primos. Assim como estas, existem outras conjecturas elaboradas por ele, que gentilmente forneceu o material para publicação aqui no blog. Ainda são conjecturas e seria ótimo vê-las virar teoremas. Talvez leve algum tempo, quem sabe?

      Obrigado pela visita e comentário!

      Abraços!

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  2. Essa última é a famosa conjectura de andrica´s, isso já tinha sido observado
    http://en.wikipedia.org/wiki/Andrica's_conjecture

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    1. Olá amigo. Obrigado pela informação. Vou comunicar o Prof. Sebá.

      Abraços.

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  3. Olá Kleber:
    Já que seria, até impossível, pesquisar na internet ou consultar todos os livros de teoria dos números publicados por autores brasileiros e estrangeiros, e como já houve casos, na história da matemática, de dois matemáticos, morando em países diferentes, fazerem descobertas idênticas, logo, se a minha última conjectura coincide com a conjectura de Andrica´s, é mera coincidência. E, além disso, para mim, é um grande orgulho em saber que a minha conjectura coincide com a famosa conjectura de um matemático profissional em teoria dos números.

    Sebá

    E-mail:se.ba@uol.com.br

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    Respostas
    1. Olá Sebá.

      Concordo com você sobre as descobertas matemáticas de que é muito difícil saber de tudo o que é descoberto.

      Agradeço pela confiança e por suas contribuições ao blog.

      Abraços.

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  4. Esta primeira conjectura não é uma conjectura, mas algo óbvio.

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  5. Houve avanços por estes dias nestes temas de distâncias entre primos. Recebi um e-mail na lista da OBM com este link: http://observador.pt/2014/12/23/resolvido-um-dos-mais-antigos-misterios-dos-numeros-primos/

    Está ligada ao matemático Terry Tao e ao Polymath http://polymathprojects.org/

    Existem alguns papers no arxiv.org sobre estes temas mas são de matemática bem complicada.

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  6. Tem também a conjectura de Harald Cramér, que é semelhante: http://en.wikipedia.org/wiki/Cram%C3%A9r%27s_conjecture

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  7. Peço ao Sebá que entre em contato comigo, tambem estudo estes números a anos e já encotrei alguns padrões. roberto.professor@hotmail.com

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    Respostas
    1. Professor Roberto. Enviei um e-mail ao Sebá para que entre em contato com você.

      Um abraço.

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  8. Sob pena desse blog perder a credibilidade como referências em assuntos matemáticos é necessário que se mude urgente o título desse post. Fica uma impressão bastante embaraçosa o autor reivindicar para si, nos dias de hoje de fácil pesquisa, um resultado bem conhecido na literatura matemática. Na edição 31 da revista Studia Univ. Babes-Bolyai Math, Dori Andrica fez essa conjectura em 1986. No mundo inteiro esse resultado é conhecido como Conjectura de Andrica. Fica uma situação muito canhestra e de certa forma risível este blog apresentar de outra maneira. Peçam que o autor conserte seu equívoco ou retire esse texto que diminui a confiabilidade do blog.

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  9. Olá Kleber:
    Já que seria, até impossível, pesquisar na internet ou consultar todos os livros de teoria dos números publicados por autores brasileiros e estrangeiros, e como já houve casos, na história da matemática, de dois matemáticos, morando em países diferentes, fazerem descobertas idênticas, logo, se a minha última conjectura coincide com a conjectura de Andrica´s, é mera coincidência. E, além disso, para mim, é um grande orgulho em saber que a minha conjectura coincide com a famosa conjectura de um matemático profissional em teoria dos números.

    Sebá

    E-mail:se.ba@uol.com.br

    ResponderExcluir

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