・等差数列上の素数                    GAI 氏

 フィールズ賞受賞者のテレンス・タオ氏が、最も連続する素数列(等差数列)として、

  56211383760397+44546738095860*n (n=0,1,2,3,・・・,22)

の23連続のものを探し、これが現在最長のものとの記事を目にした。そして、任意の長さの
素数の等差数列が存在することを証明したとある。

 これに刺激され、身近な素数から調査してみた。

5+6*n (n=0,1,2,3,4)  、5+12*n (n=0,1,2,3,4)  、107+120*n (n=0,1,2,3,4)
151+30*n (n=0,1,2,3,4)  、7+150*n (n=0,1,2,3,4,5)  、47+210*n (n=0,1,2,3,4,5)
61+9870*n (n=0,1,2,3,4,5,6)  、73+5880*n (n=0,1,2,3,4,5,6)
17+6930*n (n=0,1,2,3,4,5,6,7)  、37+2040570*n (n=0,1,2,3,4,5,6,7,8)
83+3803520*n (n=0,1,2,3,4,5,6,7,8)

 長さ10のものを公差をかなり広げて(10000000まで)探索しましたが探し出せませんでした。

 以降は、職人技のある方に調査をお願いします。
(初項の素数も限られたものしか調査していません。)


 らすかるさんからのコメントです。(平成26年1月7日付け)

 職人技で(笑)検索しましたが、「A005115」を見るとn項の等差数列で末項が最小のものが、

1: 2
2: 2,3
3: 3,5,7
4: 5,11,17,23
5: 5,11,17,23,29
6: 7,37,67,97,127,157
7: 7,157,307,457,607,757,907
8: 199,409,619,829,1039,1249,1459,1669
9: 199,409,619,829,1039,1249,1459,1669,1879
10: 199,409,619,829,1039,1249,1459,1669,1879,2089
11: 110437,124297,138157,152017,165877,179737,193597,207457,221317,235177,249037
12: 110437,124297,138157,152017,165877,179737,193597,207457,221317,235177,249037,262897
 ・・・・・・・・・・・・

のようにわかります。項が多くなると公差が限られますから、プログラムで検索するのでしたら、
あり得る公差をちゃんと考えて検索すれば、たくさん見つかると思いますよ。例えば、

(1) 3項以上では、公差は2の倍数しかあり得ない
   (偶数の素数が1個しかないから)

  また、先頭が3でないとき、公差は3の倍数しかあり得ない
  (公差が3の倍数でないとき、3項のどれかが3の倍数になるから)
  → 公差は、先頭が3ならば、2の倍数、そうでなければ、6の倍数

(2) 4項以上では、公差は3の倍数しかあり得ない
   (公差が3の倍数でないとき、先頭以外の3項のどれかが3の倍数になるから)
   → 公差は、6の倍数

(3) 5項以上では、先頭が5でないとき、公差は5の倍数しかあり得ない
   (公差が5の倍数でないとき、5項のどれかが5の倍数になるから)
   → 公差は先頭が5ならば、6の倍数、そうでなければ、30の倍数

(4) 6項以上では、公差は5の倍数しかあり得ない
   (公差が5の倍数でないとき、先頭以外の5項のどれかが5の倍数になるから)
   → 公差は30の倍数

同様に

(5) 7項では、公差は、先頭が7ならば、30の倍数、そうでなければ、210の倍数

(6) 8〜10項では、公差は、210の倍数

(7) 11項では、公差は、先頭が11ならば、210の倍数、
   そうでなければ、2310の倍数

(8) 12項では、公差は、2310の倍数

(9) 13項では、公差は、先頭が13ならば、2310の倍数、
   そうでなければ、30030の倍数

(10) 14〜16項では、公差は、30030の倍数

 ・・・・・・・・・・・・


 GAI さんからのコメントです。(平成26年1月7日付け)

 らすかるさんの貴重な公差についての指摘を参考に再調査してみました。例の「A005115
には、最後の素数をさりげなく書いてあるだけで、なにから始まるのか、公差はいくつなのか
わからないので(イジワル)、自分が探していたプログラムを元に末項を初項にして逆に探索
することにしました。そして整理した結果が次のものです。

( 連続数 : 初項素数p : 公差d : 公差dの分析 )
=(1 : 2 : 0 : 省略 ) 、( 2 : 2 : 1 : 省略 ) 、( 3 : 3 : 2 : 2(初項が3から) )
( 4 : 5 : 6 : 3*2 )-->5,11,17,23 、( 5 : 5 : 6 : 3*2(初項が5から) )
( 6 : 7 : 30 : 5*3*2 ) -->7,37,67,97,127,157 、
( 7 : 7 : 150 : 5*5*3*2(初項が7から) ) 、( 8 : 199 : 210 : 7*5*3*2 ) 、
( 9 : 199 : 210 : 7*5*3*2 ) 、( 10 : 199 : 210 : 7*5*3*2 )
( 11 : 110437 : 13860 : 11*7*5*3*2 ) 、( 12 : 110437 : 13860 : 11*7*5*3*2 )
( 13 : 4943 : 60060 : 2*13*11*7*5*3*2 ) 、
( 14 : 31385539 : 420420 : 14*13*11*7*5*3*2 )
( 15 : 115453391 : 4144140 : 138*13*11*7*5*3*2 )
( 16 : 53297929 : 9699690 : 323*13*11*7*5*3*2 )
( 17 : 3430751869 : 87297210 : 171*17*13*11*7*5*3*2 )
( 18 : 4808316343 : 717777060 : 1406*17*13*11*7*5*3*2 )
( 19 : 8297644387 : 4180566390 : 431*19*17*13*11*7*5*3*2 )
( 20 : 214861583621 : 18846497670 : 1943*19*17*13*11*7*5*3*2 )
( 21 : 5749146449311 : 26004868890 : 2681*19*17*13*11*7*5*3*2 )

 取り得る公差がこんな風に限定されるとは思ってもいませんでした。次の22連続に挑戦し
ていますが、今度は最後の素数の情報もなく、次の素数は少なくとも10^13以上のオーダー
になりそうで、プログラムを走らせ始めてから、4〜5時間かけていますが、未だ探しきってい
ません。(ただし公差は9699690の倍数であることだけを頼りに走っています。)

 連続数24の世界記録に挑戦したい。

 らすかるさんの貴重な指摘はいつも参考になります。また、的確なサイトをすぐに探し出せる
力量に、やはり腕の立つ職人を感じさせられます。


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