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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 7/9: 一週間後:リーチ格子は R24\mathbb{R}^{24} において最適である
ざっくり言うと

リーチ格子 Λ24\Lambda_{24} は E8E_8 の24次元版のいとこにあたる:例外的に対称で、例外的に密な格子であり、数論学者たちは長らくこれが可能な限り最良の詰め込みであると疑っていた。ここで必要な半径は 2\sqrt2 ではなく r=2r=2 である。コーン、クマール、ミラー、ラチェンコ、ヴィアゾフスカは、ヴィアゾフスカの真新しい E8E_8 の道具一式がほとんどそのまま移植できることに気づいた:2424次元に適したモジュラー形式から同じ種類のフーリエ固有関数の組を構成すれば、E8E_8 を確定させたのと同じコーン・エルキーズの議論がリーチ格子も確定させる。

Δ24=π1212!≈0.0019296\Delta_{24} = \frac{\pi^{12}}{12!} \approx 0.0019296
詳しい解説

リーチ格子 Λ24\Lambda_{24} については、最短ベクトルの長さは 22 であるため、必要なコーン・エルキーズ半径は r=2r=2 である。ステップ5の型に正確に従い、コーン、クマール、ミラー、ラチェンコ、ヴィアゾフスカ(2016年)は、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固有値 +1+1 の固有関数を、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固有値 −1-1 の固有関数を構成し、両方の部分が n≥2n \ge 2 に対する Λ24\Lambda_{24} のすべてのベクトル長 2n\sqrt{2n} で二重零点を持つように設計した。ステップ3と同じポアソン和の議論を、今度は Λ24\Lambda_{24} に対して用いると、得られる組み合わせ f=φ++φ−f=\varphi^{+}+\varphi^{-} がコーン・エルキーズの評価で等号を達成することが示され、Δ24=π12/12!≈0.0019296\Delta_{24} = \pi^{12}/12! \approx 0.0019296 となり、ステップ6と同じ一意性の議論により、リーチ格子は R24\mathbb{R}^{24} におけるその密度を達成する唯一の周期的詰め込みである。

この論文は、ヴィアゾフスカの単著による d=8d=8 の論文からわずか一週間後にarXivに投稿され、同じく2017年にAnnals of Mathematics誌に掲載された。著者らはまた、コーンとミラーが事前に提案していた補助関数の特殊値に関するいくつかの予想も確認しており、両方の次元をうまくいかせているのが偶然ではなくモジュラー形式の機構そのものであるという証拠となっている。

このステップで使う知識