Prendete due numeri naturali a caso: per esempio 42 e 2025. Come vedete, in questo caso i numeri hanno un fattore in comune, per la precisione 3. Se invece avessimo scelto 42 = 2×3×7 e 2035 = 5×11×37 non ci sarebbe stato nessun fattore in comune, e quindi sono primi tra loro. Se vi piace la matematica, una domanda sorge spontanea: qual è la probabilità che se scegliamo due numeri a caso essi siano primi tra loro?

La domanda è più insidiosa di quanto possa sembrare a prima vista. Come è possibile scegliere un numero a caso, visto che ce ne sono infiniti? La probabilità di sceglierne uno è zero, come ci insegna Kolmogorov. I matematici però non si lasciano fermare da queste quisquilie, e hanno trovato un modo ragionevole per scegliere un numero a caso: calcolare il limite per $n \to \infty$ di cosa succede se scegliamo due numeri a caso tra 1 e $n$. Questo è un semplice trucco formale: i conti li si fa lo stesso all’infinito…

Vediamo ora i conti effettivi. Preso un numero primo $p$, la probabilità che due numeri casuali abbiano entrambi un fattore $p$ è $1\!/\!p^2$, e quindi quella che non abbiano quel fattore è $1 – 1\!/\!p^2$. Dato che la probabilità è indipendente dal numero primo scelto, la probabilità che due numeri non abbiano fattori primi in comune è

$$ P = (1 – 1\!/\!2^2)(1 – 1\!/\!3^2)(1 – 1\!/\!5^2)(1 – 1\!/\!7^2)(1 – 1\!/\!11^2)\cdots $$

Ma sappiamo che possiamo scrivere $1\!/\!(1-x) = 1 + x + x^2 + x^3 + \cdots$. Sostituendo queste successioni infinite nella formula sopra ricaviamo

$$ P = \left( (1 + 1\!/\!2^2 + 1\!/\!2^4 + \cdots)(1 + 1\!/\!3^3 + 1\!/\!3^4 + \cdots) \cdots \right) ^{-1}. $$

Qui arriva il colpo di genio, che elimina uno dei due livelli di infinito nel prodotto qui sopra. Un qualunque numero è sempre esprimibile in un unico modo come prodotto di numeri primi. Questo significa che tutti e soli i quadrati dei numeri naturali si troveranno una e una sola volta come demoninatore, scegliendo opportunamente i fattori, (Chiaramente non si può ottenere un numero che non è un quadrato perfetto, se moltiplichiamo solo quadrati perfetti). Dunque la somma vale

$$ P = (1 + 1\!/\!2^2 + 1\!/\!3^2 + 1\!/\!4^2 + 1\!/\!5^2 + \cdots )^{-1} $$

Non si direbbe abbiamo fatto un grande passo avanti, vero? Ma qui possiamo farci aiutare da zio Eulero, che nel 1735 risolse il “Problema di Basilea” e dimostrò che la somma degli inversi dei quadrati dei numeri naturali vale $\pi^2\!/\!6$. (Oggi chiamiamo quella somma $\zeta(2)$, usando la zeta di Riemann, ma quella è un’altra storia). Pertanto la probabilità che cerchiamo è il suo inverso, cioè $6/\pi^2$, pari a circa il 61%.

L’avreste mai detto, che pi greco sarebbe spuntato