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解法: 対数平均化された相関によるタオのエルデシュ不一致問題の証明(2015年)

ステップ 2/9: ディリクレ指標がこの予想をほぼ破る試験例である理由
ざっくり言うと

法33の非主指標 χ3\chi_3 は周期的かつ完全乗法的で、部分和が有界である。ただし値は 0,±10,\pm1 を取り、まだ許される {−1,+1}\{-1,+1\} 列ではない。タオの例1.4では悪い素数 33 での値だけを +1+1 に置き換え、完全乗法的な χ~3\tilde\chi_3 を得る。

χ3 non-principal Dirichlet character modulo 3  ⟹  ∣∑j=1nχ3(jd)∣≤3 for all n,d\chi_3 \text{ non-principal Dirichlet character modulo }3 \implies \left|\sum_{j=1}^n \chi_3(jd)\right| \le 3 \text{ for all } n,d
詳しい解説

具体的な χ3\chi_3 では χ3(n)=0\chi_3(n)=0 となるのは 3∣n3\mid n のときだけなので部分和は有界であり、素数 33 での値を +1+1 に変えると χ~3\tilde\chi_3 になる。n=1+3+32+⋯+3kn=1+3+3^2+\cdots+3^k とし各 j=3imj=3^i m と書けば、∑j=1nχ~3(j)=k+1≫log⁡n\sum_{j=1}^n\tilde\chi_3(j)=k+1\gg\log n が得られる。これは非有界だが対数的にしか増えない。証明はこの具体的な惜しい反例とそのねじれた変種を排除しなければならない。

このステップの用語
ディリクレ指標
周期 qq を持つ周期的で完全乗法的な関数 χ\chi で、qq と公約数を持つ整数では零になり、それ以外では単位根の値をとる。最も単純な非自明な例は値 −1,0,+1-1,0,+1 のみをとる。
完全乗法的関数
すべての組 n,mn,m(互いに素な組だけでなく)について g(nm)=g(n)g(m)g(nm)=g(n)g(m) を満たす関数 g:N→Cg:\mathbb{N}\to\mathbb{C}。任意の整数における値は素数における値によって完全に決まる。
このステップで使う知識