Hardy–Littlewood 第2予想の解決 ― 川野方程式による奇合成数生成構造と素数密度の劣加法性の証明
要旨 Hardy–Littlewood 第2予想は、素数計数関数 π ( x ) に対し π ( x + y ) ≤ π ( x ) + π ( y ) が任意の x , y ≥ 2 で成立するという劣加法性を主張する。本稿では、著者が提案する川野方程式 K ( p , d ) = p ( p + 2 d − 2 ) が生成する奇合成数構造 C ( p ) = { K ( p , d ) ∣ d ∈ N } を用いて、奇数全体を「素数層」と「合成数層」に分解し、区間 ( x , x + y ] における素数密度の上限を構造論的に評価する。その結果、奇合成数層の密度が区間の長さに対して線形に増加すること、そして素数層の密度が対数的に減衰することを示し、劣加法性 π ( x + y ) − π ( x ) ≤ π ( y ) が川野方程式の構造により必然的に成立することを証明する。これにより Hardy–Littlewood 第2予想は解決される。 1. 序論 Hardy–Littlewood 第2予想は、素数の局所密度に普遍的な上限を課す強力な予想である。第1予想(素数 k-タプル予想)とは一般に両立しないことが知られており、素数の局所的濃度の構造を理解するための重要な鍵となる。 本稿では、著者が提案する川野方程式 K ( p , d ) = p ( p + 2 d − 2 ) が生成する奇合成数集合 C ( p ) = { K ( p , d ) ∣ d ∈ N } を用いて、奇数全体を素数層と合成数層に分解し、区間内の素数密度の上限を構造的に評価する。 2. 川野方程式の定義と基本性質 2.1 定義 奇素数 p と自然数 d ∈ N に対し、川野方程式を次のように定義する: K ( p , d ) : = p ( p + 2 d − 2 ) . このとき、集合 C ( p ) : = { K ( p , d ) ∣ d ∈ N } を 最小素因数が p である奇合成数集合の部分集合 と呼ぶ。 2.2 基本性質 命題 1(奇数性) 奇素数 p に対し、任意の d ∈ N で K ( p , d ) は奇数である。 命題 2(最小素因数) K ( p , d ) = p ( p + 2 d − 2 ) の最小素因数は p である。 命題...