通俗地说 把对数平均相关性估计应用到 g \mathbf{g} g 与其自身平移的相关上,陶证明了第4步的有界性假设,只有在 g \mathbf{g} g 是假装的时候才成立。具体来说,这意味着:以很高的概率,存在某个周期 q \mathbf{q} q (其大小依赖于假设的常数 C C C 而有界)以及某个实数 t \mathbf{t} t ,使得 g \mathbf{g} g 在素数上平均地,与该周期对应的某个狄利克雷特征 χ \boldsymbol{\chi} χ 所给出的具体函数 n ↦ χ ( n ) n i t n\mapsto\boldsymbol{\chi}(n)n^{i\mathbf{t}} n ↦ χ ( n ) n i t 一致。
这是一个异常强的结论:一个最初只是关于平均值有界的模糊假设,最终被提炼成「这个随机函数,一旦揭去伪装,其实就是第二步中那些非常具体的险些成功的反例函数之一」。
把第4步中平移后的二阶矩界与定理1.10(第5–6步)结合起来,陶在他论文的第4节(《推广的 Borwein–Choi–Coons 分析》)中证明:以概率 1 − O ( ε ) 1-O(\varepsilon) 1 − O ( ε ) ,存在周期为 q = O ε ( 1 ) \mathbf{q}=O_\varepsilon(1) q = O ε ( 1 ) 的狄利克雷特征 χ \boldsymbol{\chi} χ 与实数 t = O C , ε ( X ) \mathbf{t}=O_{C,\varepsilon}(X) t = O C , ε ( X ) ,使得 ∑ p ≤ X 1 − Re g ( p ) χ ( p ) ‾ p − i t p ≪ ε 1 \sum_{p\le X}\frac{1-\operatorname{Re}\,\mathbf{g}(p)\overline{\boldsymbol{\chi}(p)}p^{-i\mathbf{t}}}{p}\ll_\varepsilon 1 ∑ p ≤ X p 1 − Re g ( p ) χ ( p ) p − i t ≪ ε 1 ;这恰恰是说 g \mathbf{g} g 在素数处的取值,在平均意义下与 χ ( n ) n i t \boldsymbol{\chi}(n)n^{i\mathbf{t}} χ ( n ) n i t 的取值一致。一个更细致的论证(引理4.1,利用狄利克雷 L L L -函数的 Vinogradov–Korobov 无零区域来排除两个都很吻合、却相差很大的候选值 t \mathbf{t} t )进一步把 t \mathbf{t} t 确定为很小,t = O C , ε ( X ) \mathbf{t}=O_{C,\varepsilon}(X) t = O C , ε ( X ) ,且在此误差范围内唯一。
把 g ( n ) = χ ~ ( n ) n i t h ( n ) \mathbf{g}(n) = \tilde{\boldsymbol{\chi}}(n) n^{i\mathbf{t}} \mathbf{h}(n) g ( n ) = χ ~ ( n ) n i t h ( n ) 这样写出,其中显式完全积性函数 χ ~ \tilde{\boldsymbol{\chi}} χ ~ 在不整除 q \mathbf{q} q 的素数处与 χ \boldsymbol{\chi} χ 一致,上面的界就转化为 ∣ ∑ p ≤ X 1 − Re h ( p ) p ∣ ≪ ε 1 \left|\sum_{p\le X}\frac{1-\operatorname{Re}\,\mathbf{h}(p)}{p}\right|\ll_\varepsilon 1 ∑ p ≤ X p 1 − Re h ( p ) ≪ ε 1 :「误差」因子 h \mathbf{h} h 本身也被迫假装成常数函数 1 1 1 。
剩下的工作是说明:一个真正取值于 { − 1 , + 1 } \{-1,+1\} { − 1 , + 1 } (或单位圆)的完全积性函数,如果如此强烈地假装成一个被扭曲的狄利克雷特征,终究不可能有有界的二阶矩——这恰好把第二步中那个险些成功的反例反转了过来。