체 (수론)

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1. 개요
2. 체의 기본 원리
3. 체의 종류
4. 체 이론의 응용 및 주요 정리
5. 체 이론의 한계: 패리티 문제 (Parity Problem)
참조

1. 개요

체(sieve)는 정수론에서 소수를 포함한 특정 집합의 크기를 추정하기 위해 사용되는 기법이다. 에라토스테네스의 체와 르장드르 체가 대표적이며, 소수에 대한 직접적인 공략의 어려움을 피하기 위해 20세기 정수론에서 발전했다. 체 이론은 원래 집합을 근사하는 간단한 집합을 사용하거나, 집합의 원소에 가중치를 부여하는 방식으로 발전했다. 체 이론은 포함-배제 원리, 뫼비우스 함수 등을 활용하며, 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 대형 체 등이 존재한다. 체 이론은 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측과 관련된 여러 정리를 증명하는 데 기여했으며, 브룬의 정리, 천의 정리, 장이탕의 정리 등이 주요 결과이다. 체 이론은 패리티 문제라는 한계를 가지며, 대수적 수론이나 해석적 수론의 정교한 개념을 필요로 하지 않지만, 다른 기법과 결합하여 복잡하고 섬세하게 발전할 수 있다.

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체 (수론)
체 이론 개요
분야	수론
목적	정수의 집합의 크기 추정 (걸러진 집합)
사용	소수 정리 골드바흐 추측 쌍둥이 소수 추측
주요 방법
주요 체 방법	브룬 체 셀베르그 체 큰 수 체 갈라스 체 밀러-라빈 체 앳킨 체
관련 개념
관련 항목	몽고메리의 쌍 상관 추측 봄비에리의 평균값 정리 에라토스테네스의 체

2. 체의 기본 원리

체는 정수론의 일반적인 기법 중 하나로, 특정 조건을 만족하는 정수 집합의 크기를 세거나 추정하기 위해 고안되었다. 예를 들어, 어떤 상한 $X$ 이하의 모든 소수의 집합을 생각할 수 있으며, 이를 다루는 대표적인 체로는 에라토스테네스의 체나 더 일반적인 르장드르 체가 있다. 하지만 기본적인 체 방법을 직접 사용하면 오차항이 누적되어 정확한 결과를 얻기 어려운 문제가 있다. 이러한 어려움을 피하기 위해, 원래 집합 대신 분석하기 쉬운 집합으로 근사하거나, 집합의 원소에 가중치를 부여하는 등의 발전된 방법들이 개발되었다.

체 이론은 음수가 아닌 수의 가산 수열 $\mathcal{A}=(a_n)$ (가장 기본적인 경우는 어떤 집합 $A=\{s:s\leq x\}$ 의 지시 함수 $a_n=1_{A}(n)$ )에서 시작한다. 그리고 '체질 범위'라고 불리는 소수 집합 $\mathcal{P}\subseteq \mathbb{P}$ 와, $z$ 미만의 체질 범위 내 소수들의 곱 $P(z)=\prod\limits_{p\in\mathcal{P}, p 를 사용한다.$

체 이론의 기본적인 목표는 '체질 함수' $S(\mathcal{A},\mathcal{P},z)=\sum\limits_{n\leq x, \gcd(n,P(z))=1}a_n$ 를 추정하는 것이다. 이 함수는 수열 $\mathcal{A}$ 의 원소 $a_n$ 중에서, $n$ 이 $P(z)$ 의 소인수와 서로소인 것들의 합을 나타낸다. 만약 $a_n$ 이 집합 $A$ 의 지시 함수라면, 이는 $A$ 의 원소 중 $P(z)$ 의 소인수들로 나누어떨어지지 않는 원소들의 개수를 세는 것과 같다.

이 체질 함수를 계산하거나 추정하기 위해 포함-배제 원리나 이를 일반화한 르장드르 항등식 등의 방법이 사용된다. 또한, 오차항 문제를 개선하기 위해 브룬이 제안한 것처럼 뫼비우스 함수 $\mu(d)$ 대신 가중치 함수 $(\lambda_d)$ 를 사용하여 체 함수에 대한 상한과 하한을 구하는 접근법도 있다.^[3]

2. 1. 포함-배제 원리

체로 쳐진 집합

\mathcal{A}_{\operatorname{sift}}

의 크기를 계산하기 위해 포함-배제 원리를 적용할 수 있다. 어떤 정수 집합

A

와 소수들의 집합

\mathcal{P}=\{p_1, p_2, \dots\}

가 주어졌다고 가정하자. 체로 쳐진 집합

\mathcal{A}_{\operatorname{sift}}

는

A

의 원소 중에서

\mathcal{P}

에 있는 어떤 소수로도 나누어떨어지지 않는 원소들의 모임이다.

\mathcal{A}_{\operatorname{sift}} := \{a \in A \mid (a, p_1 \cdots p_k) = 1 \text{ for all } p_i \in \mathcal{P} \text{ up to some limit}\}

각 소수

p \in \mathcal{P}

에 대해,

A

에서

p

의 배수인 원소들의 부분 집합을

E_p

라고 정의한다. 즉,

E_p := \{a \in A \mid p \text{ divides } a\}

이다. 더 일반적으로,

\mathcal{P}

에 속하는 서로 다른 소수

p_1, \dots, p_k

의 곱

d = p_1 \cdots p_k

에 대해,

E_d

를

A

에서

d

로 나누어떨어지는 원소들의 집합으로 정의한다 (

E_d := \{a \in A \mid d \text{ divides } a\}

).

|E_d|

는 이 집합의 원소 개수를 나타낸다.

이제

|\mathcal{A}_{\operatorname{sift}}|

를 계산하는 과정을 포함-배제 원리를 이용하여 살펴보자. 예를 들어

\mathcal{P} = \{2, 3, 5, \dots\}

라고 하자.

1. 전체 집합

A

의 크기

|A|

에서 시작한다. (

|E_1| = |A|

)

2.

\mathcal{P}

의 첫 번째 소수 2의 배수 집합

E_2

의 크기

|E_2|

를 뺀다.

3. 다음 소수 3의 배수 집합

E_3

의 크기

|E_3|

를 뺀다.

4. 2와 3의 공배수, 즉 6의 배수는

|E_2|

와

|E_3|

를 뺄 때 두 번 제외되었으므로,

E_6

의 크기

|E_6|

를 다시 더해준다.

5. 다음 소수 5의 배수 집합

E_5

의 크기

|E_5|

를 뺀다.

6. 2와 5의 공배수(

E_{10}

)와 3과 5의 공배수(

E_{15}

)는 각각 두 번씩 계산되었으므로(한 번은 빼고, 한 번은 더함), 이들의 크기

|E_{10}|

과

|E_{15}|

를 다시 더해준다.

7. 2, 3, 5의 공배수인 30의 배수(

E_{30}

)는 처음 세 번 빼고(

E_2, E_3, E_5

), 다음 세 번 더했으므로(

E_6, E_{10}, E_{15}

), 결과적으로 계산에서 제외되지 않았다. 따라서

|E_{30}|

을 빼주어야 한다.

이 과정을 계속 반복하는 것이 포함-배제 원리이다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

|\mathcal{A}_{\operatorname{sift}}| = |A| - |E_2| - |E_3| + |E_6| - |E_5| + |E_{10}| + |E_{15}| - |E_{30}| + \cdots

뫼비우스 함수

\mu(d)

를 사용하면 이 식을 더 간결하게 표현할 수 있다.

\mathcal{P}

에 포함된 (체질 과정에 사용될) 소수들의 곱을

P

라고 할 때 (예:

z

이하의 모든 소수의 곱), 다음 공식이 성립한다.

|\mathcal{A}_{\operatorname{sift}}| = \sum_{d|P} \mu(d) |E_d|

여기서 합은

P

의 모든 약수

d

에 대해 계산하며,

d=1

일 때

\mu(1)=1

이고

E_1 = A

로 정의한다.

예를 들어,

z=7

미만의 소수, 즉

\mathcal{P} = \{2, 3, 5\}

를 사용하여 집합

\mathcal{A}

를 체로 거르는 경우를 생각해보자. 이 체로 걸러진 집합의 크기를

S(\mathcal{A}, \mathcal{P}, 7)

로 표기하기도 한다. 여기서

P = 2 \times 3 \times 5 = 30

이다. 포함-배제 원리에 따라 다음을 얻는다.

S(\mathcal{A}, \{2, 3, 5\}, 7) = |E_1| - |E_2| - |E_3| - |E_5| + |E_6| + |E_{10}| + |E_{15}| - |E_{30}|

이는 위에서 설명한 포함-배제 원리의 적용 예시와 일치한다.

2. 2. 르장드르 항등식

체 함수는 '''르장드르 항등식'''을 사용하여 다시 쓸 수 있다.

:

S(\mathcal{A},\mathcal{P},z)=\sum\limits_{d\mid P(z)}\mu(d)A_d(x)

여기서

\mu

는 뫼비우스 함수이고,

A_d(x)

는

\mathcal{P}

의 원소에 의해 유도된 함수로 다음과 같이 정의된다.

:

A_d(x)=\sum\limits_{n\leq x, n\equiv 0\pmod{d}}a_n.

예를 들어,

z=7

이고

\mathcal{P}=\mathbb{P}

(모든 소수의 집합)라고 하자. 뫼비우스 함수는 모든 소수에 대해 음수이므로, 다음 식을 얻는다.

:

\begin{align}S(\mathcal{A},\mathbb{P},7)&=A_1(x)-A_2(x)-A_3(x)-A_5(x)+A_6(x)+A_{10}(x)+A_{15}(x)-A_{30}(x).\end{align}

2. 3. 근사식

체는 정수론에서 어떤 조건을 만족하는 정수 집합의 크기를 추정하는 데 사용되는 기법이다. 예를 들어, 특정 수

X

이하의 소수 개수를 추정할 때 에라토스테네스의 체나 르장드르 체 같은 방법을 사용한다. 하지만 이 방법들을 직접 사용하면 오차항이 누적되어 정확한 값을 얻기 어렵다는 한계가 있다.

이러한 어려움을 극복하기 위해, 원래 목표하는 집합(예: 소수의 집합)을 직접 다루는 대신, 이와 비슷하지만 분석하기 더 쉬운 집합(예: 거의 소수의 집합)으로 근사하는 방법이 개발되었다. 더 발전된 체 기법에서는 집합의 원소에 가중치를 부여하여 세거나, 집합의 크기 자체보다는 집합의 특성을 나타내는 함수를 만들어 분석하기도 한다.

체 기법에서 근사식을 세우는 일반적인 과정은 다음과 같다. 먼저, 어떤 수

d

의 배수인 원소들의 개수

A_d(x)

를 다음과 같이 표현할 수 있다고 가정한다.

:

A_d(x)=g(d)X+r_d(x)

여기서

g(d)

는 '밀도'를 나타내는 곱셈 함수이며 (

g(1)=1

, 소수

p

에 대해

0\leq g(p)<1

),

X

는 전체 원소 개수

A_1(x)

의 근사값,

r_d(x)

는 오차를 나타내는 나머지 항이다.

체 함수

S(\mathcal{A},\mathcal{P},z)

는 특정 소수들의 집합

\mathcal{P}

에 속하는 소수

p \le z

들로 나누어 떨어지지 않는 원소들의 개수를 나타내며, 다음과 같이 표현된다.

:

S(\mathcal{A},\mathcal{P},z)=X\sum\limits_{d\mid P(z)}\mu(d)g(d)+\sum\limits_{d\mid P(z)}\mu(d)r_d(x)

여기서

P(z)

는

z

이하의 소수들의 곱이고,

\mu(d)

는 뫼비우스 함수이다. 이를 간단히 쓰면 다음과 같다.

:

S(\mathcal{A},\mathcal{P},z)=XG(x,z)+R(x,z)

체 기법의 목표는 이 체 함수

S

와 주요 항

G

, 나머지 항

R

의 상한 및 하한을 구하여

S

의 값을 추정하는 것이다.

체 함수의 부분합은 번갈아 가며 실제 값보다 크거나 작게 계산되어 나머지 항이 커지는 문제가 있다. 비고 브룬은 이를 개선하기 위해 뫼비우스 함수

\mu(d)

대신 특정 조건을 만족하는 가중치 수열

(\lambda_d)

를 사용하는 아이디어를 제안했다. 적절한 두 가중치 수열

(\lambda_d^{-})

와

(\lambda_d^{+})

를 선택하여 계산된 체 함수를 각각

S^{-}

와

S^{+}

라고 하면, 원래 체 함수

S

에 대한 하한과 상한을 얻을 수 있다.

:

S^{-}\leq S\leq S^{+}

^[3]

밀도 함수

g

가 곱셈 함수이므로 다음 항등식을 이용할 수도 있다.

:

\sum\limits_{d\mid n}\mu(d)g(d)=\prod\limits_{\begin{array}{c} p|n ;\; p\in\mathbb{P}\end{array}}(1-g(p)),\quad\forall\; n\in\mathbb{N}

'''표기법 참고:'''

문헌에서는 종종 수열 $\mathcal{A}=(a_n)$ 과 그 원소들의 집합 $A$ 를 동일시하여 표기하기도 한다. 예를 들어, $\mathcal{A}=\{s:s\leq x\}$ 는 $x$ 이하의 원소들로 이루어진 수열을 의미한다.
합 $A_d(x)$ 는 집합 $A_d(x)=\{a \in \mathcal{A} : d|a\}$ 의 원소 개수(기수) $|A_d(x)|$ 를 의미한다.
$\mathbb{P}$ 는 소수의 집합을 나타낸다.
$(a,b)$ 는 $a$ 와 $b$ 의 최대공약수를 의미한다.

3. 체의 종류

현대에 사용되는 주요 체 방법으로는 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 대형 체, 더 큰 체, 골드스톤-핀츠-윌디림 체 등이 있다. 체 이론은 본래 쌍둥이 소수 추측이나 골드바흐 추측과 같은 정수론의 주요 난제를 해결하려는 목표를 가지고 시작되었다. 이러한 거대한 목표는 아직 완전히 달성되지 못했지만, 체 이론은 다른 수학적 도구들과 결합하여 여러 중요한 부분적인 성과를 거두었다. 대표적인 예시는 다음과 같다.

브룬의 정리: 쌍둥이 소수의 역수의 합이 수렴함을 보였다.
천의 정리: $p+2$ 가 소수 또는 반소수인 소수 $p$ 가 무한히 많음을 증명했다.
체 이론의 기본 보조 정리: 특정 조건 하에서 체로 걸러내고 남은 원소의 개수를 추정할 수 있게 한다.
프리들랜더-이와니에츠 정리: $a^2 + b^4$ 형태의 소수가 무한히 많음을 증명했다.
장의 정리: 간격이 유한한 소수 쌍이 무한히 많이 존재함을 보였다. 이는 이후 메이너드-타오 정리를 통해 임의로 긴 소수 수열에 대한 연구로 확장되었다.

3. 1. 브룬 체 (Brun's Sieve)

현대적인 체 방법에는 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 큰 체, 더 큰 체 등이 있다. 체 이론의 원래 목표 중 하나는 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 추측을 증명하는 것이었다. 이러한 초기 목표는 아직 대부분 미완성 상태이지만, 다른 이론적 도구들과 결합하여 부분적인 성공을 거두었다. 주요 성과는 다음과 같다.

'''브룬의 정리''': 쌍둥이 소수의 역수의 합은 수렴한다. 이는 소수의 역수의 합이 발산하는 것과 대조적이다.
'''천의 정리''': ''p'' + 2가 소수 또는 반소수 (두 소수의 곱)인 소수 ''p''가 무한히 많다는 것을 증명했다. 이와 밀접하게 관련된 천징룬의 정리는 충분히 큰 짝수는 소수와, 소수 또는 반소수의 합으로 나타낼 수 있음을 보여준다. 이는 각각 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측에 매우 근접한 결과로 여겨진다.
'''체 이론의 기본 정리'''
'''프리들랜더-이바니츠 정리''': ''a''² + ''b''⁴ 꼴의 소수는 무한히 많이 존재한다.
'''장이탕의 정리''' (2014년): 두 소수의 간격이 특정 값 N보다 작은 소수쌍이 무한히 존재함을 증명했다. 메이나드-타오 정리(2015년)는 이 결과를 임의로 긴 소수 수열로 일반화했다.

3. 2. 셀베르그 체 (Selberg Sieve)

현대의 주요 체 방법 중 하나로 셀베르그 체가 있다.^[1] 체 이론은 원래 쌍둥이 소수 추측이나 골드바흐 추측과 같은 정수론의 주요 미해결 문제를 증명하기 위해 개발되었다. 비록 이러한 최초의 목표는 대부분 달성되지 못했지만, 체 이론은 다른 수학적 도구들과 결합하여 여러 중요한 부분적 성과를 거두었다. 현대 체 이론을 통해 얻어진 주요 결과는 다음과 같다.

'''브룬의 정리 (Brun's theorem)''': 쌍둥이 소수의 역수의 합은 수렴한다는 것을 증명했다. 이는 모든 소수의 역수의 합이 발산하는 것과 대조적이다.^[1]
'''천의 정리 (Chen's theorem)''': $p+2$ 가 소수이거나 또는 준소수(두 소수의 곱)가 되는 소수 $p$ 가 무한히 많이 존재함을 증명했다. 또한, 천징룬의 밀접한 관련 정리에 따르면 충분히 큰 모든 짝수는 어떤 소수와, 소수 또는 준소수인 수의 합으로 표현될 수 있다. 이는 각각 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측에 매우 근접한 결과로 평가받는다.^[1]
'''체 이론의 기본 정리 (The fundamental lemma of sieve theory)''': 체 이론의 적용 범위를 넓히는 데 중요한 역할을 하는 보조정리이다.^[1]
'''프리들랜더-이바니츠 정리 (Friedlander–Iwaniec theorem)''': $a^2 + b^4$ 꼴의 소수가 무한히 많이 존재함을 증명했다.^[1]
'''장의 정리 (Zhang's theorem)''': 2014년 장이탕은 두 소수의 간격이 N보다 작은 소수쌍이 무한히 있음을 증명하였다. 메이나드-타오 정리(Maynard–Tao theorem)는 장의 정리를 임의로 긴 소수 수열로 일반화하였다.^[1]

3. 3. 투란 체 (Turán Sieve)

현대의 체 이론은 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 커다란 체 및 더 큰 체 등을 포함한다.^[1] 체 이론의 원래 목표 중 하나는 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 추측을 증명하는 것이었다. 체 이론의 초창기 목표는 아직 대부분 미완성 상태이지만, 다른 이론적 도구와 결합하여 부분적인 성공을 거두었다.^[1] 주요 성과는 다음과 같다.

브룬의 정리: 쌍둥이 소수의 역수의 합은 수렴한다. (반면에 소수의 역수의 합은 발산한다.)^[1]
천의 정리: $p+2$ 가 소수 또는 반소수(두 소수의 곱)인 소수 $p$ 가 무한히 많이 존재함을 증명했다. 천징룬의 밀접한 관련 정리는 충분히 큰 짝수는 소수와 (소수 또는 반소수)의 합으로 표현될 수 있다는 것을 알려준다. 이들은 각각 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측에 거의 가깝게 빗나간 것으로 생각할 수 있다.^[1]
체 이론의 기본 정리 (The fundamental lemma of sieve theory)^[1]
프리들랜더-이바니에츠 정리: $a^2 + b^4$ 형태의 소수가 무한히 많이 존재한다.^[1]
장의 정리: 2014년 장이탕은 두 소수 사이의 간격이 N보다 작은 소수쌍이 무한히 있음을 증명하였다. 메이나드-타오 정리(Maynard-Tao theorem)는 장의 정리를 임의로 긴 소수 수열로 일반화하였다.^[1]

3. 4. 대형 체 (Large Sieve)

현대의 주요 체 방법론 중 하나로 대형 체(Large sieve)가 있다. 이 외에도 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 더 큰 체 등이 현대 체 이론을 구성한다.^[1] 체 이론의 초기 목표 중 하나는 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 미해결 문제를 증명하는 것이었다.^[1] 이러한 거대한 목표는 아직 대부분 달성되지 못했지만, 다른 수학적 도구들과 결합하여 부분적인 성공을 거두었다.^[1] 체 이론을 통해 얻어진 주요 성과는 다음과 같다.

브룬의 정리: 쌍둥이 소수의 역수의 합은 수렴한다. 이는 모든 소수의 역수의 합이 발산하는 것과 대조적이다.^[1]
천의 정리: 천징룬은 p + 2가 소수이거나 두 소수의 곱인 준소수가 되는 소수 p가 무한히 많다는 것을 증명했다. 또한, 충분히 큰 모든 짝수는 소수와 (소수 또는 준소수)의 합으로 표현될 수 있음을 보였다. 이는 각각 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측에 매우 근접한 결과로 평가받는다.^[1]
체 이론의 기본 보조정리(The fundamental lemma of sieve theory): 체 이론의 여러 결과들을 증명하는 데 핵심적인 역할을 하는 보조정리이다.^[1]
프리들랜더-이바니에츠 정리(Friedlander–Iwaniec theorem): $a^2 + b^4$ 형태의 소수가 무한히 많이 존재함을 증명했다.^[1]
장의 정리: 2014년 장이탕은 간격이 특정 상수 N보다 작은 소수 쌍이 무한히 존재함을 증명하여 유계 소수 간격 문제에서 돌파구를 마련했다.^[1] 이후 제임스 메이나드와 테렌스 타오 등은 이 결과를 더욱 발전시켜 임의로 긴 등차 소수 수열 존재 가능성에 대한 연구를 진척시켰다.^[1]

3. 5. 더 큰 체 (Greater Sieve)

더 큰 체(eng)는 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 커다란 체 등과 함께 현대 체 이론에서 사용되는 방법 중 하나이다.^[1]

체 이론은 원래 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 추측을 증명하기 위해 개발되었다. 비록 원래의 목표는 대부분 미완성 상태이지만, 다른 이론적 도구와 결합하여 부분적인 성공을 거두었다.^[1] 예를 들어 다음과 같은 성과가 있다.

천의 정리: $p+2$ 가 소수이거나 반소수(두 소수의 곱)인 소수 $p$ 가 무한히 많음을 증명하였다.^[1]
장의 정리: 2014년 장이탕은 두 소수 사이의 간격이 유한한 값 $N$ 보다 작은 소수 쌍이 무한히 존재함을 보였다.^[1]

4. 체 이론의 응용 및 주요 정리

현대의 체에는 브룬 체, 셀베르그 체, 투란 체, 대형 체, 더 큰 체, 골드스톤-핀츠-윌디림 체 등이 있다. 체 이론의 원래 목표 중 하나는 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 추측들을 증명하는 것이었다. 이러한 광범위한 목표는 아직 대부분 달성되지 않았지만, 다른 수론 도구들과 결합하여 다음과 같은 부분적인 성공을 거두었다.

브룬의 정리
천의 정리
체 이론의 기본 보조 정리: $N$ 개의 숫자를 체로 거를 때, 충분히 작은 $\varepsilon$ (예: 1/10)에 대해 $N^\varepsilon$ 번의 반복 후 남는 원소의 수를 추정할 수 있음을 말한다. 이 보조 정리는 소수를 직접 걸러내기에는 약하지만( $N^{1/2}$ 정도의 반복 필요), 거의 소수에 관한 결과를 얻는 데는 유용할 수 있다.
프리들랜더-이와니에츠 정리
장이탕의 정리(2014) 및 이를 일반화한 메이너드-타오 정리(Maynard 2015)

4. 1. 천의 정리 (Chen's theorem)

천의 정리는 천징룬이 증명한 정리로, p + 2가 소수이거나 반소수(두 소수의 곱)인 소수 p가 무한히 많이 존재한다는 것을 보여준다. 또한 천징룬은 이와 밀접하게 관련된 정리로, 충분히 큰 짝수는 소수와, 소수 또는 반소수의 합으로 표현될 수 있다는 것을 증명했다. 이 결과들은 각각 쌍둥이 소수 추측과 골드바흐 추측에 매우 근접한 결과로 평가받는다.

4. 2. 브룬의 정리 (Brun's theorem)

쌍둥이 소수의 역수의 합은 수렴한다는 정리이다. 이는 소수의 역수의 합이 발산한다는 사실과 대조된다. 브룬의 정리는 체 이론을 사용하여 쌍둥이 소수 추측과 같은 정수론의 주요 추측을 증명하려는 시도에서 얻어진 부분적인 성과 중 하나이다.

4. 3. Friedlander-Iwaniec 정리

체 이론의 부분적인 성공 사례 중 하나로, Friedlander–Iwaniec 정리는

a^2 + b^4

꼴의 소수가 무한히 많이 존재한다는 것을 증명하였다.

4. 4. 장이탕의 정리 (Zhang's theorem)

2014년 장이탕은 두 소수의 간격이 N보다 작은 소수쌍이 무한히 있음을 증명하였다. Maynard-Tao 정리(Maynard 2015)는 장의 정리를 임의로 긴 소수 수열로 일반화하였다.

5. 체 이론의 한계: 패리티 문제 (Parity Problem)

체 이론의 방법은 매우 강력하지만, 소인수의 개수가 홀수인 수와 짝수인 수를 구별하기 어렵다는 한계가 있다. 이를 ''패리티 문제''라고 부르며, 아직 명확하게 이해되지는 않았다.

수론의 다른 방법과 비교할 때, 체 이론은 대수적 수론이나 해석적 수론처럼 복잡한 개념을 반드시 요구하지는 않아 상대적으로 기초적인 방법으로 여겨진다. 하지만 더 발전된 체 이론은 다른 심도 있는 수론 기법과 결합될 경우 매우 복잡하고 정교해질 수 있다.

여기서 다루는 체 이론은 정수 인수분해에 사용되는 2차 체나 일반 수체 체와는 직접적인 관련이 적다. 이들 인수분해 방법은 에라토스테네스의 체의 원리를 응용하여, 주어진 수들이 작은 소수들로 완전히 인수분해될 수 있는지를 효율적으로 판별하는 데 중점을 둔다.

참조

_[1] 논문 Über das Goldbachsche Gesetz und die Anzahl der Primzahlpaare 1915
_[2] 서적 An Introduction to Sieve Methods and Their Applications Cambridge University Press 2005
_[3] 서적 2010

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