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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 4/9: d=8d=8 でモジュラー形式から魔法関数を構成する
ざっくり言うと

無限に多くの正確な半径(2,2,6,…\sqrt2, 2, \sqrt6, \dots)で二重零点を持つ関数を構成することは、普通の微積分では不可能に思えるが、モジュラー形式は上半平面上の関数であり、あらかじめ組み込まれた膨大な対称性を持ち、百年にわたる数論はまさにこの種の無限に制約された関数を作り出すための既製の道具(それらに対する周回積分)を提供している。ヴィアゾフスカの洞察は、E8E_8 詰め込み問題が実はモジュラー形式の問題が変装したものであると見抜いたことにあった。

f=(1+lower order)⋅(quasimodular piece),d=8,  r=2f = (1 + \text{lower order}) \cdot \left(\text{quasimodular piece} \right), \quad d = 8,\; r = \sqrt{2}
詳しい解説

E8E_8 格子の場合、必要な半径は最短ベクトル長と一致する r=2r = \sqrt{2} である。ヴィアゾフスカは魔法関数 ff を、SL2(Z)\mathrm{SL}_2(\mathbb{Z}) に対する弱正則な準モジュラー形式に対する周回積分というモジュラー積分変換として構成し、ff とそのフーリエ変換 f^\hat f が n≥1n\ge1 に対する E8E_8 の非零ベクトル長 2n\sqrt{2n} のすべてで二重零点を持つように設計した。一方、モジュラー性により f(0)=f^(0)f(0) = \hat f(0) が強制される。

このステップの用語
弱正則モジュラー形式
上半平面上の関数で、(z↦−1/zz \mapsto -1/z のような)ある変換群の下で正確で高度に対称的な仕方で変換し、境界の一点を除いて正則であり、q=e2πizq=e^{2\pi i z} の冪級数として展開できるもの。
このステップで使う知識