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解法: モジュラー形式によるヴィアゾフスカの8次元・24次元球充填問題の解決

ステップ 3/9: なぜ等号成立が ff と f^\hat f に E8E_8 上でちょうど消えることを強いるのか
ざっくり言うと

ポアソン和公式は、格子の点にわたる ff の和を、関連する格子にわたる f^\hat f の和へと変える魔法のような手法である。これを E8E_8 詰め込みの球の中心に適用すると、コーン・エルキーズの比 f(0)/f^(0)f(0)/\hat f(0) が、具体的な数 24=162^4=16 によって下から固定される。この数は、スケールされた E8E_8 格子の基本領域体積の逆数である。したがって E8E_8 が最適であることを証明するには、この恒等式で等号を達成する検定関数を構成すれば十分であり——厳密には必要でもあり——それは ff が格子の球が接するすべての場所でゼロになり、f^\hat f が対応する双対パターン上でゼロになることを強いる。

∑ℓ∈12Λ8f(ℓ)=24∑ℓ∈2Λ8f^(ℓ)  ⟹  f(0)f^(0)≥24\sum_{\ell\in\frac{1}{\sqrt2}\Lambda_8} f(\ell) = 2^4 \sum_{\ell\in\sqrt2\Lambda_8} \hat f(\ell) \;\Longrightarrow\; \frac{f(0)}{\hat f(0)} \ge 2^4
詳しい解説

ポアソン和公式は、格子上での関数の和を双対格子上でのフーリエ変換の和と結びつける。E8E_8 格子詰め 12Λ8\tfrac{1}{\sqrt2}\Lambda_8 に対してこれは ∑ℓ∈12Λ8f(ℓ)=24∑ℓ∈2Λ8f^(ℓ)\sum_{\ell\in\frac{1}{\sqrt2}\Lambda_8} f(\ell) = 2^4 \sum_{\ell\in\sqrt2\Lambda_8} \hat f(\ell) を与える。符号条件 f≤0f\le 0(球の外側)と f^≥0\hat f \ge 0(至るところ)を組み合わせると、左辺は高々 f(0)f(0)(原点の項だけが正になりうる)であり、右辺は少なくとも 24f^(0)2^4 \hat f(0)(原点の項だけが保証され、他のすべての項は ≥0\ge 0)であるため、f(0)/f^(0)≥24f(0)/\hat f(0) \ge 2^4 が強制され、これは E8E_8 の密度に対するコーン・エルキーズの評価をちょうど再現する。

この連鎖全体で等号が成り立つこと——E8E_8 を単に評価するのではなく実際に最適であると証明する唯一の方法——には、ℓ∈12Λ8\ell \in \tfrac{1}{\sqrt2}\Lambda_8 を満たす非零のベクトルすべてについて f(ℓ)=0f(\ell)=0(他のすべての詰め込みベクトル)が、ℓ∈2Λ8\ell \in \sqrt2\Lambda_8 を満たす非零のベクトルすべてについて f^(ℓ)=0\hat f(\ell) = 0 が成り立つことが必要である。E8E_8 のベクトルは長さ 2n\sqrt{2n} の殻に属するため、これは ff と f^\hat f がそれぞれ、これらすべての殻の半径において、非常に特定の二重零点の位数で消えなければならないことを意味する。そのような組を構成することこそ、次の二つのステップで解かれる解析的問題である。

このステップの用語
ポアソン和公式
格子のすべての点にわたる関数の和を、双対格子のすべての点にわたるそのフーリエ変換の和として書き直す恒等式であり、f^\hat f に対する符号条件によって、そうでなければ直接には限界づけにくい和を制御できるようにする。
このステップで使う知識