《15歲,成為國寶級天才科學家》第215章 鞍點圓法(1)

作者:制式希余·2小時前

但只是這樣還不夠。

篩法只能告訴我們“存在”還是“不存在”,很難給出精確的計數。

要得到g(n)的精確表示式,還需要另一種工具。

肖宿想到了傅立葉分析。

圓法的本質,是用傅立葉分析的工具把g(n)這個計數函式展開成一個積分。

這個積分沿著單位圓進行,所以叫圓法。

哈代和李特爾伍德在1920年代發明這個方法的時候,本意是想證明哥德巴赫猜想本身。

但是他們最後只得到了一個在N趨於無窮大時成立的近似表示式。

這是一個漸近公式,而不是對所有N都成立的嚴格等式。

問題就出在積分的餘項上。

圓法積分的主項很容易算出來,就是那個著名的哈代-李特爾伍德漸近公式,形式優美得像一首詩。

但餘項的控制極其困難,因為被積函式在單位圓上振盪得太厲害了。

就像一條在暴風雨中瘋狂擺動的小船,你想精確測量它的平均位置,但每一次浪打過來,你的測量誤差就會翻倍。

他盯著圓法的積分表示式看了很久,忽然意識到一個問題:

這個積分之所以難算,是因為它在整個實數軸上積分,那如果換一個積分路徑呢?

在複變函式裡,是可以透過選擇不同的積分路徑來避開那些振盪劇烈的區域的。

而這種方法就是著名的“最速下降法”,也叫鞍點法。

最速下降法的發明者是十九世紀的法國數學家柯西,核心思想極其巧妙:

當你在複平面上計算一個振盪得很厲害的積分時,你可以不沿著原來的路徑積分,而是把積分路徑“彎曲”一下,讓它經過那些使被積函式變化最平緩的點,也就是所謂的“鞍點”。

沿著這條新路徑,積分會變得溫順得多,因為那些劇烈的振盪被繞過去了。

這個想法在物理裡用得非常普遍,量子力學裡的半經典近似、統計物理裡的 steepest descent 展開,本質上都是這個東西。

但在數論裡,很少有人認真地把圓法積分往復平面上延拓。

不是沒人想過,而是大多數人都覺得,把積分路徑從單位圓延拓到複平面之後,被積函式的行為會變得更加難以控制。

單位圓好歹是一個緊緻的、封閉的曲線,複平面可是無邊無際的。

但肖宿覺得,正是因為複平面更大,你才有更多的操作空間。

在單位圓上,你只能沿著那一條路走,前面是振盪區你也得硬著頭皮穿過去。

但在複平面上,你可以繞路。

他開始嘗試。

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