Теорема Якобиса о четырех квадратах - Википедия - Jacobis four-square theorem

Теорема Якоби о четырех квадратах дает формулу для количества способов, которыми данное положительное целое число п можно представить в виде суммы четырех квадратов.

История

Теорема была доказана в 1834 г. Карл Густав Якоб Якоби.

Теорема

Два представления считаются разными, если их члены находятся в разном порядке или если возведенное в квадрат целое число (а не только квадрат) отличается; Чтобы проиллюстрировать, это три из восьми различных способов представления 1:

${ displaystyle { begin {align} & 1 ^ {2} + 0 ^ {2} + 0 ^ {2} + 0 ^ {2} & 0 ^ {2} + 1 ^ {2} + 0 ^ {2 } + 0 ^ {2} & (- 1) ^ {2} + 0 ^ {2} + 0 ^ {2} + 0 ^ {2}. End {align}}}$

Количество способов представить n как сумму четырех квадратов в восемь раз больше суммы делители из п если п нечетно и в 24 раза больше суммы нечетных делителей п если п даже (см. делительная функция ), т.е.

${ displaystyle r_ {4} (n) = { begin {case} 8 sum limits _ {m | n} m & { text {if}} n { text {is odd}} [12pt] 24 sum limits _ { begin {smallmatrix} m | n m { text {odd}} end {smallmatrix}} m & { text {if}} n { text {is even}}. конец {case}}}$

Эквивалентно, это в восемь раз больше суммы всех его делителей, которые не делятся на 4, т.е.

${ displaystyle r_ {4} (n) = 8 sum _ {m mid n, , 4 nmid m} m.}$

Мы также можем написать это как

${ Displaystyle r_ {4} (п) = 8 сигма (п) -32 сигма (п / 4) ,}$

где второй член следует принять равным нулю, если п не делится на 4. В частности, для простое число п у нас есть явная формулар₄(п) = 8(п + 1).^[1]

Некоторые значения р₄(п) встречаются бесконечно часто как р₄(п) = р₄(2^мп) в любое время п даже. Ценности р₄(п)/п может быть сколь угодно большим: действительно, р₄(п)/п бесконечно часто больше 8√бревно п.^[1]

Доказательство

Теорема доказывается элементарными средствами, начиная с Тройное произведение Якоби.^[2]

Доказательство показывает, что Тета серия для решетка Z⁴ это модульная форма определенного уровня и, следовательно, равняется линейная комбинация из Серия Эйзенштейна.

Смотрите также

• Теорема Лагранжа о четырех квадратах
• Серия Ламберта
• Функция суммы квадратов

Примечания

Рекомендации

• Хиршхорн, Майкл Д .; Макгоуэн, Джеймс А. (2001). "Алгебраические последствия теорем Якоби о двух и четырех квадратах". В Гарване, Ф. Г .; Исмаил, М. Э. Х. (ред.). Символьные вычисления, теория чисел, специальные функции, физика и комбинаторика. Развитие математики. 4. Springer. С. 107–132. CiteSeerX  10.1.1.26.9028. Дои:10.1007/978-1-4613-0257-5_7. ISBN  978-1-4020-0101-7.
• Хиршхорн, Майкл Д. (1987). «Простое доказательство теоремы Якоби о четырех квадратах». Труды Американского математического общества. 101 (3): 436. Дои:10.1090 / s0002-9939-1987-0908644-9.
• Уильямс, Кеннет С. (2011). Теория чисел в духе Лиувилля. Тексты студентов Лондонского математического общества. 76. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-17562-3. Zbl  1227.11002.CS1 maint: ref = harv (связь)

внешняя ссылка

• Вайсштейн, Эрик В. «Функция суммы квадратов». MathWorld.