~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ A1DBC72285DAEE93A62F82765DD74176__1714292400 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Waring's problem - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Проблема Уоринга — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Waring_problem ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/a1/76/a1dbc72285daee93a62f82765dd74176.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/a1/76/a1dbc72285daee93a62f82765dd74176__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 09.06.2024 04:37:22 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 28 April 2024, at 11:20 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Проблема Уоринга — Википедия Jump to content

Проблема Уоринга

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
(Перенаправлено с проблемы Уоринга )

В теории чисел спрашивает , проблема Уоринга имеет ли каждое натуральное число k соответствующее положительное целое число s такое, что каждое натуральное число является суммой не более s натуральных чисел, возведенных в степень k . Например, каждое натуральное число представляет собой сумму не более 4 квадратов, 9 кубов или 19 четвертых степеней. Задача Уоринга была предложена в 1770 году Эдвардом Уорингом , в честь которого она и названа. Его утвердительный ответ, известный как теорема Гильберта-Уоринга , был дан Гильбертом в 1909 году. [1] У задачи Уоринга есть собственная предметная классификация математики , 11P05, «Задача Уоринга и ее варианты».

четырех с теоремой Лагранжа о Связь квадратах

Задолго до того, как Уоринг сформулировал свою проблему, Диофант задался вопросом, можно ли представить каждое положительное целое число в виде суммы четырех полных квадратов, больших или равных нулю. Этот вопрос позже стал известен как гипотеза Баше, после перевода Диофанта в 1621 году Клодом Гаспаром Баше де Мезириаком , и он был решен Жозефом-Луи Лагранжем в его теореме о четырех квадратах в 1770 году, в том же году, когда Уоринг выдвинул свою гипотезу. Уоринг стремился обобщить эту проблему, пытаясь представить все положительные целые числа в виде суммы кубов, целых чисел в четвертой степени и т. д., чтобы показать, что любое положительное целое число может быть представлено как сумма других целых чисел, возведенных в определенную степень. и что всегда существовало максимальное количество целых чисел, возведенных в определенную степень, необходимое для представления всех положительных целых чисел таким образом.

Число g ( k ) [ править ]

Для каждого , позволять обозначаем минимальное число из степени натуральных чисел, необходимые для представления всех положительных целых чисел. Каждое положительное целое число само по себе является суммой одной первой степени, поэтому . Некоторые простые вычисления показывают, что для числа 7 требуется 4 квадрата, для числа 23 требуется 9 кубиков, [2] и 79 требует 19 четвертых полномочий; эти примеры показывают, что , , и . Уоринг предположил, что эти нижние границы на самом деле являются точными значениями.

Теорема Лагранжа о четырех квадратах 1770 года гласит, что каждое натуральное число представляет собой сумму не более четырех квадратов. Поскольку трех квадратов недостаточно, эта теорема устанавливает . Теорема Лагранжа о четырех квадратах была высказана в « издании Баше 1621 Арифметики» Диофанта года ; Ферма утверждал, что у него есть доказательство, но не опубликовал его. [3]

С течением времени были установлены различные границы с использованием все более изощренных и сложных методов доказательства. Например, Лиувилль показал, что не превосходит 53. Харди и Литтлвуд показали, что все достаточно большие числа представляют собой сумму не более 19 четвертых степеней.

Что была основана с 1909 по 1912 год Виферихом . [4] и Эй Джей Кемпнер , [5] в 1986 году Р. Баласубраманян , Ф. Дресс и Ж.-М. Дешуйе , [6] [7] в 1964 году Чэнь Цзинжунь и в 1940 году Пиллаи . [8]

Позволять и обозначают соответственно целую и дробную часть положительного действительного числа . Учитывая число , только и может использоваться для представления ; самое экономичное представление требует условия и условия . Следует, что по крайней мере так же велик, как . Это заметил Я. А. Эйлер , сын Леонарда Эйлера , примерно в 1772 году. [9] Более поздние работы Диксона , Пиллая , Рубугундея , Нивена. [10] и многие другие доказали это

Нет значения известно, за что . Малер [11] доказал, что таких может быть только конечное число. , и Кубина и Вундерлих [12] показали, что любой такой должен удовлетворить . Таким образом, предполагается, что этого никогда не происходит, т.е. для каждого положительного целого числа .

Первые несколько значений являются:

1, 4, 9, 19, 37, 73, 143, 279, 548, 1079, 2132, 4223, 8384, 16673, 33203, 66190, 132055, 263619, 526502, 1051899, ... (последовательность A002 804 в OEIS ) .

Число G ( k ) [ править ]

Из работы Харди и Литтлвуда , [13] соответствующая величина G ( k ) изучалась с помощью g ( k ). G ( k ) определяется как наименьшее положительное целое число s такое, что каждое достаточно большое целое число (т. е. каждое целое число, большее некоторой константы) может быть представлено как сумма не более s положительных целых чисел в степени k . Очевидно, G (1) = 1. Поскольку квадраты конгруэнтны 0, 1 или 4 (по модулю 8), ни одно целое число, соответствующее 7 (по модулю 8), не может быть представлено в виде суммы трех квадратов, а это означает, что G (2) ≥ 4 . Поскольку G ( k ) ≤ g ( k ) для всех k , это показывает, что G (2) = 4 . Давенпорт показал [14] что G (4) = 16 в 1939 году, продемонстрировав, что любое достаточно большое число, соответствующее от 1 до 14 по модулю 16, можно записать как сумму 14 четвертых степеней (Воган в 1986 году). [15] и 1989 год [16] сократил 14 биквадратов последовательно до 13 и 12). Точное значение G ( k ) неизвестно для любого другого k , но существуют границы.

Нижние оценки для G ( k ) [ править ]

Границы
1 = Г(1) = 1
4 = Г(2) = 4
4 ≤ G(3) ≤ 7
16 = Г(4) = 16
6 ≤ Г(5) ≤ 17
9 ≤ G(6) ≤ 24
8 ≤ G(7) ≤ 33
32 ≤ Г(8) ≤ 42
13 ≤ G(9) ≤ 50
12 ≤ Г(10) ≤ 59
12 ≤ Г(11) ≤ 67
16 ≤ Г(12) ≤ 76
14 ≤ Г(13) ≤ 84
15 ≤ Г(14) ≤ 92
16 ≤ Г(15) ≤ 100
64 ≤ Г(16) ≤ 109
18 ≤ Г(17) ≤ 117
27 ≤ Г(18) ≤ 125
20 ≤ Г(19) ≤ 134
25 ≤ Г(20) ≤ 142

Число G ( k ) больше или равно

2 р +2 если к = 2 р при r ≥ 2 или k = 3 × 2 р ;
п р +1 если p — простое число больше 2 и k = p р ( п - 1);
( п р +1 − 1)/2   если p — простое число больше 2 и k = p р (р - 1)/2;
к + 1 для всех целых чисел k больше 1.

В отсутствие ограничений на конгруэнтность аргумент плотности предполагает, что G ( k ) должно равняться k + 1 .

Верхние оценки для G ( k ) [ править ]

G (3) не меньше 4 (поскольку кубы конгруэнтны 0, 1 или −1 по модулю 9); для чисел меньше 1,3 × 10 9 , 1 290 740 — последнее, для которого требуется 6 кубиков, а количество чисел между N и 2 N , требующих 5 кубиков, падает с увеличением N с достаточной скоростью, чтобы люди поверили, что G (3) = 4 ; [17] самое большое известное сейчас число, не являющееся суммой 4 кубиков, равно 7 373 170 279 850 , [18] и там авторы приводят разумные аргументы в пользу того, что это может быть максимально возможное значение. Верхняя оценка G (3) ≤ 7 принадлежит Линнику в 1943 году. [19] (Для всех неотрицательных целых чисел требуется не более 9 кубов, а самые большие целые числа, требующие 9, 8, 7, 6 и 5 кубов, предположительно равны 239, 454, 8042, 1 290 740 и 7 373 170 279 850 соответственно.)

13 792 — это наибольшее число, требующее 17 четвертых степеней (Дешуйе, Хеннекар и Ландро показали в 2000 г. [20] что каждое число между 13 793 и 10 245 требуется не более 16, а Кавада, Вули и Дешуйе продлили [21] Результат Давенпорта 1939 года показывает, что каждое число больше 10 220 требуется не более 16). Числа вида 31·16 н всегда требуют 16 четвертых степеней.

68  578  904  422 — последнее известное число, для которого требуется 9 пятых степеней (целочисленная последовательность S001057, Тони Д. Ноу, 4 июля 2017 г.), 617  597  724 — последнее число меньше 1,3 × 10. 9 для этого требуется 10 пятых степеней, а 51 033 617 — это последнее число меньше 1,3 × 10. 9 для этого нужно 11.

Верхние оценки справа при k = 5, 6, ..., 20 принадлежат Воану и Вули . [22]

Используя свой усовершенствованный метод Харди-Литтлвуда , И. М. Виноградов опубликовал многочисленные уточнения, приведшие к

в 1947 году [23] и, в конечном счете,

для неуказанной постоянной C и достаточно большого k в 1959 году. [24]

Применяя свою p -адическую форму метода Харди–Литтлвуда–Рамануджана–Виноградова для оценки тригонометрических сумм, в которых суммирование ведется по числам с малыми простыми делителями, Анатолий Алексеевич Карацуба получил [25] (1985) новая оценка Харди функции (для ):

Дальнейшие уточнения были получены Воаном в 1989 году. [16]

Затем Вули установил, что для некоторой C константы [26]

Обзорная статья Воана и Вули 2002 года была на тот момент всеобъемлющей. [22]

См. также [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ Гильберт, Дэвид (1909). «Доказательство представимости целых чисел фиксированным числом n-ных степеней (проблема Уоринга)» . Математические анналы (на немецком языке). 67 (3): 281–300. дои : 10.1007/bf01450405 . МР1511530   . S2CID   179177986 .
  2. ^ Помните, что мы ограничиваемся натуральными числами. При использовании обычных целых чисел нетрудно записать 23 как сумму 4 кубов, например или .
  3. ^ Диксон, Леонард Юджин (1920). «Глава VIII». История теории чисел . Том. II: Диофантовый анализ. Институт Карнеги в Вашингтоне .
  4. ^ Виферих, Артур (1909). «Доказательство теоремы о том, что каждое целое число можно представить в виде суммы не более девяти положительных кубов» . Математические анналы (на немецком языке). 66 (1): 95–101. дои : 10.1007/BF01450913 . S2CID   121386035 .
  5. ^ Кемпнер, Обри (1912). «Замечания о проблеме Уоринга» . Математические анналы (на немецком языке). 72 (3): 387–399. дои : 10.1007/BF01456723 . S2CID   120101223 .
  6. ^ Баласубраманиан, Рамачандран; Дешуйе, Жан-Марк; Платье, Франсуа (1986). «Проблема Варинга для биквадратов. I. Диаграмма решения» [Проблема Варинга для биквадратов. I. Эскиз решения]. Доклады Академии наук, серия I (на французском языке). 303 (4): 85–88. МР   0853592 .
  7. ^ Баласубраманиан, Рамачандран; Дешуйе, Жан-Марк; Платье, Франсуа (1986). «Проблема Варинга для биквадратов. II. Вспомогательные результаты для асимптотической теоремы» [Проблема Варинга для биквадратов. II. Вспомогательные результаты для асимптотической теоремы. Доклады Академии наук, серия I (на французском языке). 303 (5): 161–163. МР   0854724 .
  8. ^ Пиллаи, СС (1940). «О проблеме Уоринга g (6) = 73». Учеб. Индийский акад. Наука . 12 :30–40. дои : 10.1007/BF03170721 . МР   0002993 . S2CID   185097940 .
  9. ^ Л. Эйлер , «Посмертные произведения» (1), 203–204 (1862).
  10. ^ Нивен, Иван М. (1944). «Нерешенный случай проблемы Уоринга». Американский журнал математики . 66 (1). Издательство Университета Джонса Хопкинса: 137–143. дои : 10.2307/2371901 . JSTOR   2371901 . МР   0009386 .
  11. ^ Малер, Курт (1957). «О дробных частях степеней рационального числа II». Математика . 4 (2): 122–124. дои : 10.1112/s0025579300001170 . МР   0093509 .
  12. ^ Кубина, Джеффри М.; Вундерлих, Марвин К. (1990). «Расширение гипотезы Уоринга до 471 600 000». Математика. Комп. 55 (192): 815–820. Бибкод : 1990MaCom..55..815K . дои : 10.2307/2008448 . JSTOR   2008448 . МР   1035936 .
  13. ^ Харди, GH; Литтлвуд, Дж. Э. (1922). «Некоторые проблемы Partitio Numerorum : IV. Сингулярный ряд в проблеме Уоринга и значение числа G (k)». Mathematische Zeitschrift . 12 (1): 161–188. дои : 10.1007/BF01482074 . ISSN   0025-5874 .
  14. ^ Давенпорт, Х. (1939). «О проблеме Уоринга для четвертых держав». Анналы математики . 40 (4): 731–747. Бибкод : 1939АнМат..40..731Д . дои : 10.2307/1968889 . JSTOR   1968889 .
  15. ^ Воан, RC (1986). «О проблеме Уоринга для меньших показателей». Труды Лондонского математического общества . с3-52(3): 445–463. дои : 10.1112/plms/s3-52.3.445 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Воган, RC (1989). «Новый итерационный метод в задаче Уоринга». Акта Математика . 162 (0): 1–71. дои : 10.1007/BF02392834 . ISSN   0001-5962 .
  17. ^ Натансон (1996 , стр. 71).
  18. ^ Дешуйе, Жан-Марк; Хеннекар, Франсуа; Ландро, Бернар; И. Густи Путу Пурнаба, Приложение (2000). «7373170279850» . Математика вычислений . 69 (229): 421–439. дои : 10.1090/S0025-5718-99-01116-3 .
  19. ^ У. В. Линник. «О представлении больших чисел в виде суммы семи кубов». Мат. Сб. Н.С. 12(54), 218–224 (1943).
  20. ^ Дешуйе, Жан-Марк; Хеннекар, Франсуа; Ландро, Бернар (2000). «Проблема Уоринга для шестнадцати биквадратов – численные результаты» . Бордоский журнал теории чисел . 12 (2): 411–422. дои : 10.5802/jtnb.287 .
  21. ^ Дешуйе, Жан-Марк; Кавада, Коичи; Вули, Тревор Д. (2005). «О суммах шестнадцати биквадратов». Мемуары Математического общества Франции . 1 :1–120. дои : 10.24033/msmf.413 . ISSN   0249-633X .
  22. ^ Перейти обратно: а б Воган, RC; Вули, Тревор (2002). «Проблема Уоринга: обзор». В Беннете, Майкл А.; Берндт, Брюс К.; Бостон, Найджел; Даймонд, Гарольд Г.; Хильдебранд, Адольф Дж.; Филипп, Уолтер (ред.). Теория чисел для тысячелетия . Том. III. Натик, Массачусетс: АК Питерс. стр. 301–340. ISBN  978-1-56881-152-9 . МР   1956283 .
  23. ^ Виноградов, Иван Матвеевич (1 сентября 2004 г.) [1947]. Метод тригонометрических сумм в теории чисел . Перевод Рота, К.Ф.; Давенпорт, Энн. Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN  978-0-486-43878-8 .
  24. ^ И. М. Виноградов, "О верхней оценке $G(n)$", Изв. АН СССР сер. мат., 23:5 (1959), 637–642" . Math-Net.Ru (на русском языке) . Проверено 18 апреля 2024 г.
  25. ^ Карацуба, А.А. (1985). «О функции G ( n ) в задаче Варинга». Изв. Акад. Наук СССР, сер. Математика . 27 (49:5): 935–947. Бибкод : 1986ИзМат..27..239К . дои : 10.1070/IM1986v027n02ABEH001176 .
  26. ^ Воан, RC (1997). Метод Харди-Литтлвуда . Кембриджские трактаты по математике. Том. 125 (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета . ISBN  0-521-57347-5 . Збл   0868.11046 .

Ссылки [ править ]

  • Г. И. Архипов, В. Н. Чубариков, А. А. Карацуба , "Тригонометрические суммы в теории чисел и анализе". Берлин – Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер, (2004).
  • Г.И. Архипов, А.А. Карацуба, В.Н. Чубариков, "Теория кратных тригонометрических сумм". Москва: Наука, (1987).
  • Ты. Линник В. , "Элементарное решение задачи Варинга методом Шнирельмана" Мэтт. Сб., Н. Сер. 12 (54), 225–230 (1943).
  • Р. К. Воган , «Новый итерационный метод в задаче Уоринга». Acta Mathematica (162), 1–71 (1989).
  • И. М. Виноградов , "Метод тригонометрических сумм в теории чисел". Трав. Инст. Математика. Стеклофф (23), 109 стр. (1947).
  • И. М. Виноградов, "Об оценке сверху G ( n )". Изв. Акад. Наук СССР сер. Мат. (23), 637–642 (1959).
  • И. М. Виноградов, А. А. Карацуба, "Метод тригонометрических сумм в теории чисел", Тр. Стеклова. Математика. , 168, 3–30 (1986); перевод из Труды Мат. Инст. Стеклова, 168, 4–30 (1984).
  • Эллисон, WJ (1971). «Проблема Уоринга» . Американский математический ежемесячник . 78 (1): 10–36. дои : 10.2307/2317482 . JSTOR   2317482 . Обзор содержит точную формулу для G ( k ), упрощенную версию доказательства Гильберта и множество ссылок.
  • Хинчин, А.Я. (1998). Три жемчужины теории чисел . Минеола, Нью-Йорк: Дувр. ISBN  978-0-486-40026-6 . Имеет элементарное доказательство существования G ( k ) с использованием плотности Шнирельмана .
  • Натансон, Мелвин Б. (1996). Аддитивная теория чисел: классические основы . Тексты для аспирантов по математике . Том. 164. Шпрингер-Верлаг . ISBN  0-387-94656-Х . Збл   0859.11002 . Имеет доказательства теоремы Лагранжа, теоремы о многоугольных числах , доказательства Гильберта гипотезы Уоринга и доказательства Харди-Литтлвуда асимптотической формулы для числа способов представить N как сумму s k -х степеней.
  • Ганс Радемахер и Отто Тёплиц , «Удовольствие от математики» (1933) ( ISBN   0-691-02351-4 ). Имеет доказательство теоремы Лагранжа, доступное для школьников.

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: A1DBC72285DAEE93A62F82765DD74176__1714292400
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Waring_problem
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Waring's problem - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)