■19四乗数定理(その45)
ウェアリングの問題の対するヨハン・アルブレヒト・オイラーの不等式『kを正の整数として,n=2^k[(3/2)^k]−1とするとき,n=x1^k+・・・+xg^kと書かれるような最小の正の整数g(k)について,不等式
g(k)≧[(3/2)^k]+2^k−2
が成り立つ』を紹介しました.
k=2→n=7=2^2+1^2+1^2+1^2 →g(2)=4
k=3→n=23=2・2^3+7・1^3 →g(3)=9
k=4→n=79=4・2^4+15・1^4 →g(4)=19
k=5→n=223=6・2^5+31・1^5→g(5)=37
のように,7を表すにはちょうど4個の平方数が必要であり,23は9個の立方数,79は19個の4乗数,223は37個の5乗数が必要ですから
g(k)=[(3/2)^k]+2^k−2
は平方数,立方数,4乗数,5乗数に対して最良の結果を与えています.
n=2^k[(3/2)^k]−1はkに縛られた特別な値であって,任意の整数ではなく一般性が失われています.無論,任意の整数はすべてこの式で表せるわけでもありません.しかるに,ウェアリングの問題のかなりの範囲のところまで正しいことが確認されています.
ヨハン・アルブレヒト・オイラーの不等式は,局所情報から何がわかるかという局所情報から大域的な情報を引き出す数学の例になっています.この点がこの不等式の最大の特長なのです.
この不等式の証明は
[参]水上勉「チャレンジ!整数の問題199」日本評論社
のQ191(p272)に掲載されています.簡単でいてしかも面白い証明ですの是非お読みください.この証明を読めば,なにゆえをもってn=2^k[(3/2)^k]−1が出てきて,g(k)=[(3/2)^k]+2^k−2がウェアリングの問題のかなりの範囲のところまで正しいことがわかるはずです.
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