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解法:陶哲轩利用对数平均相关性给出的埃尔德什差异问题证明(2015年)

第 2/9 步:为什么狄利克雷特征是差点打破猜想的试探性例子
通俗地说

模 33 的非主狄利克雷特征 χ3\chi_3 具有周期性、完全积性且部分和有界,但它取值 0,±10,\pm1,还不是允许的 {−1,+1}\{-1,+1\} 序列。陶的例1.4只把坏素数 33 处的值改为 +1+1,得到完全积性函数 χ~3\tilde\chi_3。

χ3 non-principal Dirichlet character modulo 3  ⟹  ∣∑j=1nχ3(jd)∣≤3 for all n,d\chi_3 \text{ non-principal Dirichlet character modulo }3 \implies \left|\sum_{j=1}^n \chi_3(jd)\right| \le 3 \text{ for all } n,d
详细分析

对具体的 χ3\chi_3,当且仅当 3∣n3\mid n 时 χ3(n)=0\chi_3(n)=0,所以部分和有界;把素数 33 处的值改为 +1+1 就得到 χ~3\tilde\chi_3。取 n=1+3+32+⋯+3kn=1+3+3^2+\cdots+3^k,将每个 j=3imj=3^i m 分解,可得 ∑j=1nχ~3(j)=k+1≫log⁡n\sum_{j=1}^n\tilde\chi_3(j)=k+1\gg\log n:它无界但只有对数增长。证明必须排除这一具体的险些反例及其扭曲变体。

本步骤中的术语
狄利克雷特征
一个周期为 qq 的周期性完全积性函数 χ\chi,在与 qq 有公因子的整数处取零,其余处取值为单位根;最简单的非平凡例子只取值 −1,0,+1-1,0,+1。
完全积性函数
满足对每一对 n,mn,m(不仅是互素的对)都有 g(nm)=g(n)g(m)g(nm)=g(n)g(m) 的函数 g:N→Cg:\mathbb{N}\to\mathbb{C};它在任意整数处的值完全由它在素数处的值决定。
本步骤用到的知识