華林問題

华林问题()是数论中的问题之一。1770年,爱德华·华林猜想,对于每个非1的正整数k,皆存在正整数g(k),使得每个正整数都可以表示为g(k)个非負整數的k次方之和。

與四平方和定理之關係
在三世纪時,数学家丢番图首先提出「是否每一個正整數都是四個平方數之和」的問題。1730年,欧拉開始研究該問題,但未得出證明。

第一个給出完整证明的是拉格朗日,他的证明用了欧拉的一个公式:
:(a^2+b^2+c^2+d^2)(x^2+y^2+z^2+w^2)=(ax+by+cz+dw)^2 +(ay-bx+cw-dz)^2 + (az-bw-cx+dy)^2 + (aw+bz-cy-dx)^2
後來歐拉也給出另一證明。

事实上,莱昂哈德·欧拉之子J.A.欧拉猜想:

:g(k)=2^k+\left\lfloor\left(\frac{3}{2}\right)^k\right\rfloor-2

("\lfloor q\rfloor"表示对q向下取整)(也就是只要看小於3^k的正整數當中,最多只需要幾個k次方數的和,就可以了,例如k=4的情形,小於81的數字當中,最多的就是79,需要19個四次方數,因此有g(4)=19)。

至1990年,对于6\leq k\leq471600000,此式已经被计算机验证为正确。

更强的问题
由于g(k)的值严重依赖于正整数较小时的情况,人们提出了一个更强的问题,求对于每个充分大的正整数,可使它们分解为k次方数的个数G(k)。此问题进展较慢,至今G(3)仍无法确定。

其他推廣
华林-哥德巴赫问题
陳述:對於任何一個正整數n,是否存在一個數k,使得每個充分大的整數都可以表示為k個質數的n次冪的和?

此問題在1938年已被華羅庚證明成立。

表法数问题
任给一个正整数都是可以表为四个平方数之和。进一步,给定一个正整数,表示成为四个平方数的不同表示法有多少种?這問題已由雅可比給出了解答。

但是,对于立方和,四次方和等等的情況,仍然非常困难。

不限于正整数
考虑用有理数的方幂和来表示正有理数。

参考资料

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