华林问题

1770年E.华林提出的数论问题

华林问题( 英语 :Waring's problem)是 数论 中的一个重要问题。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至多g(k)个k次方数(即正整数的k次方)之和。华林问题的研究历史悠久,涉及多个数学分支,包括 代数 、 组合数学 和 数学分析 。 中国 数学家 华罗庚 在华林问题的研究中有重要贡献。

与四平方和定理之关系

在三世纪时,数学家 丢番图 首先提出“是否每一个正整数都是四个 平方数 之和”的问题。1730年, 长城欧拉 开始研究该问题,但未得出证明。1770年, 约瑟夫·拉格朗日 证明了四平方和 定理 ,指出g(2)=4。

华林猜想

华林在其1770年发表的《代数沉思录》(Meditationes Algebraicae)中提出了华林问题,并猜想每一个正整数都是可以表示成为至多r个k次幂之和,其中r依赖于k。华林自己推测g(2)=4,g(3)=9,g(4)=19。

研究进展

1909年, 戴维·希尔伯特 首先用复杂的方法证明了g(k)的存在性。1943年,U.V. 林尼克 给出了关于g(k)存在性的另一个证明。然而,尽管g(k)的存在性已被证明,人们尚且无法知晓g(k)与k之间的关系。华林自己推测g(2)=4,g(3)=9,g(4)=19。

1770年, 约瑟夫·拉格朗日 证明了四平方和 定理 ,指出g(2)=4。1909年亚瑟·韦伊费列治证明了g(3)=9。

1859年, 约瑟夫·刘维尔 证明了g(4)≤53,他的想法是借助一个 恒等式 (Liouville 多项式 identity),后来 戈弗雷·哈代 和 李特尔伍德 得到g(4)≤21, 1986年巴拉苏布拉玛尼安证明了g(4)=19。1896年马力特得到g(5)≤192;1909年韦伊费列治将结果改进为g(5)≤59;1964年 陈景润 证明了g(5)=37。事实上, 莱昂哈德·欧拉 之子J.A. 欧拉猜想 至1990年,对于6<k<471600000此式已经被 计算机 验证为正确。

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。

华林-哥德巴赫问题

陈述:对于任何一个正整数n,是否存在一个数k,使得每个充分大的整数都可以表示为k个 质数 的n次幂的和,此问题在1938年已被华罗庚证明成立。

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。 卡尔·雅可比 给出了表示成为四个平方数的不同表示法的解答。但是,对于立方和,四次方和等等的情况,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。这是华林问题的另一种推广,涉及到更广泛的 数域 。