Answer

问题及解答

证明: $\prod_{p\leqslant n}p\leqslant 4^n$, $\forall\ n\geqslant 1$.

Posted by haifeng on 2017-05-29 18:03:41 last update 2017-05-30 08:55:07 | Edit | Answers (1)

证明: 对于 $n\geqslant 1$, 有

\[\prod_{p\leqslant n}p\leqslant 4^n.\]

 

 


顺便回忆当 $n\geqslant 9$ 时,  $4^n < n!$.  (参见问题1094)

 

 

Hanson 于1972年证明了

\[\prod_{p\leqslant n}p\leqslant 3^n,\quad n\geqslant 2.\]

1

Posted by haifeng on 2017-05-30 10:54:14

当 $n=2,3$ 时, $\prod_{p\leqslant n}p < 4^n$ 显然成立.

对 $n$ 归纳. 不妨设 $n\geqslant 3$. 若 $n$ 是偶数, 则不是素数, 故

\[
\prod_{p\leqslant n}p=\prod_{p\leqslant n-1}p < 4^{n-1} < 4^n.
\]

若 $n$ 是奇数, 设 $n=2m+1$. 由 $\binom{2m+1}{m}=\frac{(2m+1)!}{m!(m+1)!}$ 知对于 $m+1 < p\leqslant 2m+1$ 的素数 $p$, 必整除 $\binom{2m+1}{m}$, 于是

\[
\biggl(\prod_{m+1 < p\leqslant 2m+1}p\biggr)\biggr|\binom{2m+1}{m} < \frac{1}{2}2^{2m+1}=4^m.
\]

这里不等号之所以成立, 是因为在 $(1+1)^{2m+1}$ 的二项式展开中, $\binom{2m+1}{m}=\binom{2m+1}{m+1}$ 出现了两次. 当然这里的放缩比较粗糙.

对 $m+1 < n$ 用归纳假设, 得

\[
\prod_{p\leqslant n}p=\prod_{p\leqslant m+1}p\prod_{m+1 < p\leqslant 2m+1}p < 4^{m+1}4^m=4^n,
\]

从而得证.

 

 

 

 


Remark:

Gérald Tenenbaum, 《解析与概率数论导引》,陈华一  译.