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未解決問題、算術と数論, 組合せ論と離散数学、1973年に提起

等差数列に関するエルデシュ予想

未解決エルデシュ

A⊆Z+A \subseteq \mathbb{Z}^+ を逆数和が発散する(すなわち ∑n∈A1n=∞\sum_{n \in A} \frac{1}{n} = \infty を満たす)正の整数の集合とする。このとき AA は任意の有限長 k≥3k \ge 3 の等差数列を含む。

研究の最前線 2026年時点

2026年現在、予想は k=3k = 3 について完全に解決されており(ブルーム・シサスク、2020年)、その定量的評価もケリー・メカ(2023年)とブルーム・シサスク(2023年)により r3(N)≤exp⁡(−c(log⁡N)1/9)Nr_3(N) \le \exp(-c (\log N)^{1/9}) N まで改良された。一方、k≥4k \ge 4 では未解決であり、rk(N)r_k(N) の最良の上界(k=4k = 4 はグリーン・タオ、k≥5k \ge 5 はレン・サー・ソーニーの2024年の結果 rk(N)≤Nexp⁡(−(log⁡log⁡N)ck)r_k(N) \le N \exp(-(\log \log N)^{c_k}))はいずれも ∑rk(N)/N2\sum r_k(N)/N^2 を収束させるにはまだ足りない。

既知の最良の結果

  • ∑n∈A1n=∞\sum_{n \in A} \frac{1}{n} = \infty を満たす任意の集合 AA は無限に多くの 33 項等差数列を含む(ブルーム、シサスク、2020年)。
  • 33 項等差数列に対する準多項式上界 r3(N)≤exp⁡(−c(log⁡N)1/9)Nr_3(N) \le \exp(-c (\log N)^{1/9}) N(ケリー・メカ、2023年;ブルーム・シサスク、2023年)。
  • k≥5k \ge 5 に対し、改良された逆定理の評価により rk(N)≤Nexp⁡(−(log⁡log⁡N)ck)r_k(N) \le N \exp(-(\log \log N)^{c_k}) が成り立つ(レン、サー、ソーニー、2024年)。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
フーリエ解析におけるスペクトル増幅と概周期性33 項等差数列を含まない集合がボーア集合上で強い密度増分をもつことを示し、r3(N)≪N/(log⁡N)1+εr_3(N) \ll N / (\log N)^{1+\varepsilon} を導いて k=3k = 3 の場合を解決した。線形フーリエ解析は 33 項等差数列しか制御できず、長さ k≥4k \ge 4 の等差数列には高次のガワーズ一様性ノルム Uk−1U^{k-1} の制御が必要となる。
高次フーリエ解析とガワーズ Uk−1U^{k-1} 逆定理大きな Uk−1U^{k-1} ノルムをもつ関数をべき零列と相関させ、すべての k≥4k \ge 4 に対して構成的な定量的上界 rk(N)=o(N)r_k(N) = o(N) を与えた。高次元のべき零多様体への移行で二重対数の損失が生じるため、∑Nrk(N)N2<∞\sum_{N} \frac{r_k(N)}{N^2} < \infty に必要な N/(log⁡N)1+εN / (\log N)^{1+\varepsilon} の評価には届かない。

未解決の問い

  • ∑n∈A1n=∞\sum_{n \in A} \frac{1}{n} = \infty を満たす Z+\mathbb{Z}^+ のすべての部分集合は 44 項等差数列(k=4k = 4)を含むか。
  • すべての k≥4k \ge 4 に対して評価 rk(N)≪N/(log⁡N)1+εr_k(N) \ll N / (\log N)^{1 + \varepsilon} が成り立つか。

参考文献

  1. Thomas F. Bloom, Olof Sisask (2020). Breaking the logarithmic barrier in Roth's theorem on arithmetic progressions · arXiv:2007.03528
  2. Zander Kelley, Raghu Meka (2023). Strong bounds for 3-progressions · arXiv:2302.05537
  3. Ben Green, Terence Tao (2008). The primes contain arbitrarily long arithmetic progressions · DOI:10.4007/annals.2008.167.481