Somme de la fonction entière

Bonjour.

Quelle est la manière la plus rapide d'estimer la somme :

$ \sum_{n \leq \sqrt{x}} \lfloor \frac{x}{n} \rfloor$

Réponses

  • La plus rapide est sûrement d'écrire $$\sum_{n \leq \sqrt{x}} \lfloor \frac{x}{n} \rfloor=\sum_{n \leq \sqrt{x}} \lfloor \frac{x}{n} \rfloor.$$

    Sinon on peut sûrement écrire $\lfloor y \rfloor = y + O(1)$. Ça fournit déjà une première estimation, qui donne un terme d'erreur $O(\sqrt x)$. Si on n'a pas de chance, ce n'est pas le bon ordre de grandeur, mais à toi de voir si c'est le cas.
  • Si on a quelques connaissances, on utilise généralement dans ce genre de problème la première fonction de Bernoulli $\psi(x) = x - \lfloor x \rfloor - \frac{1}{2}$, de sorte que, si $S(x)$ désigne ta somme
    \begin{eqnarray*}
    S(x) &=& \sum_{n \leqslant \sqrt x} \left( \frac{x}{n} - \frac{1}{2} \right) - \sum_{n \leqslant \sqrt x} \psi \left( \frac{x}{n} \right) \\
    &=& x \left( \log \sqrt x + \gamma - \frac{\psi(\sqrt x)}{\sqrt x} + O \left( \frac{1}{x} \right) \right) - \frac{\left \lfloor \sqrt x \right \rfloor}{2} + O \left( x^{131/416} (\log x)^{26947/8320} \right) \\
    &=& x \left( \log \sqrt x + \gamma \right) - \sqrt x \left( \sqrt x - \left \lfloor \sqrt x \right \rfloor - \frac{1}{2} \right) - \frac{\left \lfloor \sqrt x \right \rfloor}{2} + O \left( x^{131/416} (\log x)^{26947/8320} \right) \\
    &=& x \left( \log \sqrt x + \gamma - 1 \right) + \sqrt x \left \lfloor \sqrt x \right \rfloor + \frac{\left \{ \sqrt x \right \}}{2} + O \left( x^{131/416} (\log x)^{26947/8320} \right) \\
    &=& x \left( \log \sqrt x + \gamma - 1 \right) + \sqrt x \left \lfloor \sqrt x \right \rfloor + O \left( x^{131/416} (\log x)^{26947/8320} \right)
    \end{eqnarray*}
    où j'ai utilisé le théorème d'Huxley (2003) pour estimer la dernière somme, et où $\{x\}$ désigne la partie fractionnaire de $x$. Ce calcul intervient dans l'ordre moyen de $\tau(n)$ puisque, via le principe de l'hyperbole de Dirichlet
    $$\sum_{n \leqslant x} \tau(n) = 2 S(x) - \left \lfloor \sqrt x \right \rfloor^2.$$
  • Merci mais si on ne veut pas une estimation mais un calcul rapide et exacte de cette somme , comment peut-on procéder ?
  • Si tu veux une formule exacte c'est certainement sans espoir ! Si tu veux pouvoir faire le calcul pour certaines valeurs de $x$ il te suffit de prendre ton logiciel de calcul préféré et de rentrer la formule dedans.
  • Il y a peu de chances qu'on ait une formule, la suite des valeurs de $\displaystyle a(x)=\sum_{n \leq \sqrt{x}} \lfloor \frac{x}{n} \rfloor$ pour x variant de 1 à 20 n'est pas référencée dans l'OEIS.

    Cordialement.
  • a(n^2) est dans l'OEIS (A118014) mais sans formule.
  • J'ai déjà répondu à cette question : cette somme intervient dans le calcul de l'ordre moyen de la fonction de diviseurs $\tau(n)$, donc aucune chance d'en obtenir une formule exacte. L'égalité asymptotique ci-dessus est la meilleure à l'heure actuelle.
  • Merci pour toutes ces précisions noix de toto. Par contre, peux-tu me donner les références littéraires concernant le théorème d'Huxley s'il te plaît ?
    J'aimerais si possible acheter un livre qui en parle ou avoir des références sur internet. C'est assez important pour moi.
  • Entre autres :

    M. N. Huxley, Area, Lattice Points and Exponential Sums, Oxford Science Publication, 1996.

    Dans ce livre, Huxley démontre son avant-dernier résultat (i.e. $23/73$ au lieu de $131/416$, ce dernier n'étant sorti qu'en article), mais les deux sont similaires (et puis tu as dit que tu voulais des livres).

    O. Bordellès, Arithmetic Tales, Springer, 2012.

    Ici, le résultat n'est pas démontré, mais il est cité.
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