Introduction à la théorie analytique et probabiliste des nombres
Gérald Tenenbaum
Dunod
Avant-propos
xiii
Notations
xvii
Tome I : Méthodes élémentaires1
Chapitre I.0. Quelques outils d'analyse réelle
3
0·1 La sommation d'Abel3
0·2 La formule sommatoire d'Euler-Maclaurin5
Exercices8
Chapitre I.1. Les nombres premiers
11
1·1 Introduction11
1·2 Les estimations de Tchébychev12
1·3 Valuation p-adique de n !15
1·4 Le premier théorème de Mertens15
1·5 Deux nouvelles formules asymptotiques16
1·6 La formule de Mertens18
1·7 Un autre théorème de Tchébychev19
Notes20
Exercices21
Chapitre I.2. Fonctions arithmétiques
25
2·1 Définitions25
2·2 Exemples25
2·3 Séries de Dirichlet formelles27
2·4 L'anneau des fonctions arithmétiques27
2·5 Les formules d'inversion de Möbius29
2·6 La fonction de von Mangoldt31
2·7 La fonction indicatrice d'Euler32
Notes34
Exercices35
Chapitre I.3. Ordres moyens
37
3·1 Introduction37
3·2 Le problème de Dirichlet et le principe de l'hyperbole37
3·3 La fonction somme des diviseurs39
3·4 La fonction indicatrice d'Euler40
3·5 Les fonctions ω et Ω41
3·6 Valeur moyenne de la fonction de Möbius et fonctions sommatoires de Tchébychev42
3·7 Entiers sans facteur carré45
3·8 Moyenne d'une fonction multiplicative à valeurs dans [0,1]47
Notes50
Exercices52
Chapitre I.4. Méthodes de crible
59
4·1 Le crible d'Ératosthène59
4·2 Le crible combinatoire de Brun60
4·3 Application aux nombres premiers jumeaux62
4·4 Le grand crible - forme analytique64
4·5 Le grand crible - forme arithmétique69
4·6 Applications du grand crible72
4·7 Le crible de Selberg74
4·8 Sommes de deux carrés dans un intervalle84
Notes88
Exercices92
Chapitre I.5. Ordres extrémaux
97
5·1 Introduction et définitions97
5·2 La fonction nombre de diviseurs, τ(n)98
5·3 Les fonctions nombre de facteurs premiers, ω(n) et Ω(n)99
5·4 La fonction d'Euler φ(n)100
5·5 Les fonctions somme des puissances des diviseurs, σκ(n), κ> 0101
Notes103
Exercices104
Chapitre I.6. La méthode de van der Corput
107
6·1 Introduction et rappels107
6·2 Intégrales trigonométriques108
6·3 Sommes trigonométriques109
6·4 Application au théorème de Voronoï114
6·5 Équirépartition modulo 1116
Notes119
Exercices121
Chapitre I.7. Approximation diophantienne
125
7·1 De Dirichlet à Roth125
7·2 Meilleures approximations, fractions continues127
7·3 Propriétés du développement en fraction continue132
7·4 Développement en fraction continue des irrationnels quadratiques134
Notes137
Exercices138
Tome II : Méthodes d'analyse complexe143
Chapitre II.0. La fonction Gamma d'Euler
145
0·1 Définitions145
0·2 Formule du produit de Weierstrass147
0·3 Fonction Bêta147
0·4 Formule de Stirling complexe150
0·5 La formule de Hankel154
Exercices155
Chapitre II.1. Fonctions génératrices : séries de Dirichlet
159
1·1 Séries de Dirichlet convergentes159
1·2 Séries de Dirichlet des fonctions multiplicatives160
1·3 Propriétés analytiques fondamentales des séries de Dirichlet161
1·4 Abscisse de convergence et valeur moyenne167
1·5 Une application arithmétique : le noyau d'un entier169
1·6 Ordre de grandeur dans les bandes verticales170
Notes174
Exercices179
Chapitre II.2. Formules de sommation
183
2·1 Formules de Perron183
2·2 Applications : deux théorèmes de convergence188
2·3 Formule de la valeur moyenne190
Notes192
Exercices193
Chapitre II.3. La fonction zêta de Riemann
195
3·1 Introduction195
3·2 Prolongement analytique195
3·3 Équation fonctionnelle198
3·4 Approximations et majorations dans la bande critique199
3·5 Première localisation des zéros202
3·6 Lemmes d'analyse complexe203
3·7 Répartition globale des zéros205
3·8 Développement en produit de Hadamard208
3·9 Régions sans zéros210
3·10 Majorations de ζ' / ζ, 1 / ζ et log ζ211
Notes213
Exercices215
Chapitre II.4. Le théorème des nombres premiers et l'hypothèse de Riemann
221
4·1 Le théorème des nombres premiers221
4·2 Hypothèses minimales222
4·3 L'hypothèse de Riemann224
4·4 Formule explicite pour ψ(x)227
Notes231
Exercices233
Chapitre II.5. La méthode de Selberg-Delange
235
5·1 Puissances complexes de ζ(s)235
5·2 Le résultat principal238
5·3 Démonstration du Théorème 5.2240
5·4 Une variante du théorème principal243
Notes247
Exercices251
Chapitre II.6. Deux applications arithmétiques
257
6·1 Entiers ayant k facteurs premiers257
6·2 Répartition des diviseurs en moyenne : loi de l'arcsinus263
Notes268
Exercices272
Chapitre II.7. Théorèmes taubériens
275
7·1 Introduction. Dualité théorèmes abéliens/taubériens275
7·2 Le théorème de Tauber277
7·3 Les théorèmes de Hardy-Littlewood et Karamata279
7·4 Le terme d'erreur dans le théorème de Karamata283
7·5 Le théorème d'Ikehara290
7·6 L'inégalité de Berry-Esseen295
7·7 L'holomorphie comme condition taubérienne297
7·8 Théorèmes taubériens arithmétiques300
Notes303
Exercices307
Chapitre II.8. Nombres premiers en progressions arithmétiques
311
8·1 Introduction. Caractères de Dirichlet311
8·2 Séries L. Le théorème des nombres premiers en progressions arithmétiques320
8·3 Minoration de |L(s,X)| pour σ≥ 1. Preuve du Théorème 8.16326
8·4 L'équation fonctionnelle des fonctions L(s,X)331
8·5 Formule du produit de Hadamard et régions sans zéro334
8·6 Formules explicites pour ψ(x;X)339
8·7 Le théorème des nombres premiers en progressions arithmétiques343
Notes348
Exercices350
Tome III : Méthodes probabilistes355
Chapitre III.1. Densités
357
1·1 Définitions. Densité naturelle357
1·2 La densité logarithmique360
1·3 La densité analytique361
1·4 La théorie probabiliste des nombres362
Notes364
Exercices365
Chapitre III.2. Loi de répartition d'une fonction arithmétique
369
2·1 Définition - fonctions de répartition369
2·2 Fonctions caractéristiques373
Notes376
Exercices381
Chapitre III.3. Ordre normal
385
3·1 Définition385
3·2 L'inégalité de Turán-Kubilius386
3·3 Forme duale de l'inégalité de Turán-Kubilius391
3·4 Le théorème de Hardy-Ramanujan et autres applications392
3·5 Majorations effectives de sommes de fonctions multiplicatives395
3·6 Structure normale de la suite des facteurs premiers d'un entier398
Notes400
Exercices405
Chapitre III.4. Répartition des fonctions additives et valeur moyenne des fonctions multiplicatives
411
4·1 Le théorème d'Erdős-Wintner411
4·2 Le théorème de Delange416
4·3 Le théorème de Halász420
4·4 Le théorème d'Erdős-Kac433
Notes436
Exercices441
Chapitre III.5. Entiers friables. La méthode du col
445
5·1 Introduction. La méthode de Rankin445
5·2 La méthode géométrique450
5·3 Équations fonctionnelles451
5·4 La fonction de Dickman456
5·5 Approximations de Ψ (x,y) par la méthode du col462
5·6 La fonction de Jacobsthal et le théorème de Rankin471
Notes475
Exercices482
Chapitre III.6. Entiers sans petit facteur premier
485
6·1 Introduction485
6·2 Équations fonctionnelles488
6·3 La fonction de Buchstab492
6·4 Approximations de Φ(x,y) par la méthode du col496
6·5 Le modèle de Kubilius505
Notes509
Exercices513
Bibliographie
517
Index
537