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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 5/9: 固有値 +1+1 と −1-1 のフーリエ固有関数を組み合わせて魔法関数を作る
ざっくり言うと

ff がフーリエ変換の固有関数——変換後にプラスまたはマイナスの自分自身に戻る関数——から組み立てられていれば、ff と f^\hat f の符号を別々に制御することがより容易になる。というのも ff さえ分かれば f^\hat f は自動的に分かるからである。ヴィアゾフスカ(そして後にリーチ格子について、コーン・クマール・ミラー・ラチェンコ・ヴィアゾフスカ)は、固有値 +1+1 を持つモジュラー形式に基づく固有関数を一つと、固有値 −1-1 を持つもう一つを構成し、それぞれがすでに必要な二重零点を備えている。それらを正しい相対的な重みで足し合わせることで、原点での値が要求どおり f(0)=f^(0)f(0)=\hat f(0) を満たす一つの関数を得る。

F(φ±)=±φ±,f=φ++φ−\mathcal{F}(\varphi^{\pm}) = \pm \varphi^{\pm}, \qquad f = \varphi^{+} + \varphi^{-}
詳しい解説

もし F(φ)=φ\mathcal{F}(\varphi) = \varphi(固有値 +1+1)ならば φ^=φ\hat\varphi = \varphi であるから、φ\varphi に課された符号や零点に関するどんな性質もその変換自身に自動的に受け継がれる。同様に F(ψ)=−ψ\mathcal{F}(\psi) = -\psi ならば ψ^=−ψ\hat\psi = -\psi である。ヴィアゾフスカの d=8d=8 の構成も、コーン・クマール・ミラー・ラチェンコ・ヴィアゾフスカの d=24d=24 の構成も、この型に従う:固有値 +1+1 の固有関数と固有値 −1-1 の固有関数を、それぞれ弱正則な(準)モジュラー形式のある核に対する周回積分として構成し、結果が必要なすべての格子殻の半径で二重零点を持つように設計する。そして球の外側で f≤0f \le 0、いたるところで f^≥0\hat f \ge 0 という両方の符号条件が成り立つように調整された特定の線形結合 f=φ++φ−f = \varphi^{+} + \varphi^{-} を取る。

R24\mathbb{R}^{24} のリーチ格子については、固有値 +1+1 の固有関数は完全モジュラー群 SL2(Z)\mathrm{SL}_2(\mathbb{Z}) に対する重さ −8-8、深さ 22 の弱正則準モジュラー形式から得られ、固有値 −1-1 の固有関数は合同部分群 Γ(2)\Gamma(2) に対する重さ −10-10 の弱正則モジュラー形式から得られる。この型が指示するとおりにそれらを組み合わせることが、d=24d=24 の証明全体を無関係な新しい論証ではなく d=8d=8 の直接的な構造的反響にしているのである。

このステップの用語
フーリエ固有関数
ある定数 λ\lambda(ここでは λ=±1\lambda = \pm 1)に対して F(φ)=λφ\mathcal{F}(\varphi) = \lambda\varphi を満たす関数 φ\varphi のことで、その関数自身のフーリエ変換が自分自身のスカラー倍にすぎないもの。
このステップで使う知識