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未解決問題、算術と数論、1948年に提起

エルデシュ–シュトラウス予想

未解決エルデシュ

すべての整数 n≥2n \ge 2 に対して、有理数 4/n4/n はある正の整数 x,y,zx, y, z を用いて3つの正の単位分数の和 4n=1x+1y+1z\frac{4}{n} = \frac{1}{x} + \frac{1}{y} + \frac{1}{z} として表せる。

研究の最前線 2026年時点

2026年現在、エルデシュ–シュトラウス予想は未解決である。篩法(ヴォーン、1970年)により、n≤Nn \le N における例外の個数は高々 O(Nexp⁡(−c(log⁡N)2/3))O(N \exp(-c (\log N)^{2/3})) であることが示されており、自然密度の意味でほとんどすべての整数について予想は成り立つ。モジュラー・フィルタリング(サレ、2014年およびその後の計算機による拡張)によって、少なくとも 101710^{17} まで予想が検証されている。しかし、剰余類 p≡r2(modq)p \equiv r^2 \pmod{q} は有限個の多項式恒等式では覆えないため(モーデルの平方剰余の障害)、完全な証明には新たな解析的または算術的手法が必要である。

既知の最良の結果

  • ヴォーン(1970年):4/n=1/x+1/y+1/z4/n = 1/x + 1/y + 1/z が解を持たない整数 n≤Nn \le N の個数は高々 O(Nexp⁡(−c(log⁡N)2/3))O(N \exp(-c (\log N)^{2/3})) である。
  • エルショルツとタオ(2013年):素数 p≤Np \le N にわたる解の平均個数は c1log⁡2Nc_1 \log^2 N と c2log⁡2Nlog⁡log⁡Nc_2 \log^2 N \log \log N の間に挟まれる。
  • サレ(2014年):コンピュータ検証により、n≤1017n \le 10^{17} の範囲に反例が存在しないことが確認されている。

使われた手法と限界

手法達成したこと限界
モジュラー被覆合同式と大篩法任意の法 MM について非ゼロ平方剰余を除くすべての剰余類を排除し、例外集合の密度が 00 であることを示して 101710^{17} までの検証を可能にするモーデルの障害:11 はすべての整数 MM を法として平方剰余であるため、有限個の合同式の系ではすべての素数を覆うことができない
アフィン多様体上のパラメータ化された約数和解析(エルショルツ–タオ)表現の個数の和 ∑p≤Nf(p)\sum_{p \le N} f(p) に対する鋭い上下界を確立する素数 p≤Np \le N にわたる平均を制御するにとどまり、個々の素数 pp ごとに f(p)≥1f(p) \ge 1 を保証することはできない

未解決の問い

  • p≡1(mod24)p \equiv 1 \pmod{24} を満たすすべての素数は、正の整数による表現 4/p=1/x+1/y+1/z4/p = 1/x + 1/y + 1/z を持つか。
  • シンツェルの一般化――任意の固定された m≥4m \ge 4 に対して、十分大きなすべての nn で m/n=1/x+1/y+1/zm/n = 1/x + 1/y + 1/z が可解であるという主張――は成り立つか。

参考文献

  1. Christian Elsholtz, Terence Tao (2013). Counting the number of solutions to the Erdős–Straus equation on unit fractions · DOI:10.1017/S1446788713000244 · arXiv:1107.1010
  2. L. J. Mordell (1969). Diophantine Equations
  3. R. C. Vaughan (1970). On a problem of Erdős and Straus · DOI:10.1112/S0025579300002886
  4. Serge E. Salez (2014). The Erdős–Straus conjecture: New modular equations and checking up to N = 10^17 · arXiv:1406.6307 [プレプリント・未査読]