■ラマヌジャンのリスト(その9)

 1996年,コンウェイとシュニーバーガーは正定値n元2次形式(変数nの数は任意とする)が1から15までのすべての整数を表せば,それがすべての正の整数を表すことを示した(15の定理).

 もっと限定していえば

  1,2,3,5,6,7,10,14,15

の9つの数を表現するならば,すべての正の整数を表現するという定理である.

 15の定理は290予想のbest-possibleな解決であると思っていたのであるが,290予想は(予想ではなく)れっきとした定理である.

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【1】n元2次形式による整数の表現と290定理

 正定値n元2次形式(変数nの数は任意とする)において,

  1,2,3,5,6,7,10,13,14,15

  17,19,21,22,23,26,29,30,31

  34,35,37,42,58,93,110,145,203,290

の29個の数を表現するならば,すべての正の整数を表現するというのが290定理である.

 5変数2次形式,たとえば,

  a^2+2b^2+5c^2+5d^2+15e^2

はどの整数も表すことができるが,

  2a^2+ab+4b^2+bc+c^2+29d^2+29de+29e^2

は290だけを表すことができない.

 普遍的な3変数2次形式は存在しない.たとえば,

  f(x,y,z)=x^2+2y^2+yz+4z^2

は1から30までの整数をすべて表すが,31を表すことはできない.他の3元2次形式はこんなにうまい具合にはなっておらず,31以下の整数の中のどれかを表すことができないのである.

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 15定理の行列表現は,たとえば,

  [1,0,0,0]

M=[0,2,0,0]

  [0,0,5,0]

  [0,0,0,5]

のように行列の成分がすべて整数であるが,条件を少し緩めて,2次形式の係数がすべて整数であればよいという条件に変える.すると,

M=[1,1/2]

  [1/2,1]→x^2+xy+y^2も扱えるようになる.

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【2】15定理の素数版

 コンウェイの「15定理」はある2次形式が1から15までの数を表現できるならば,それはすべての自然数を表現できることを示した.

 その素数版の定理がある.ある2次形式が73までの素数を表現できるならば,それはすべての素数を表現できる(バールガバ).

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