代数数域上算术函数的均值估计

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历史上,在研究Fermat大定理和其它一些问题时,数学家们遇到了某些代数域中的代数整数不能唯一分解的困难.例如6=2·3=(1+√5i).(1-√5i),这两个分解是代数整数6在代数域K=Q(√5)上完全不同的分解.这使得对Fermat大定理等问题的研究变得更复杂.   意识到这个问题后,在1845年,Kummer给出了一个新的思想,提出了“理想数”的概念.对代数数域上的所有整数都可以嵌入到某个“理想数”中,这个“理想数”能够唯一分解成若干“素理想数”的乘积.Kummer的“理想数”的概念后来被称为代数数域整数环上的理想.这个思想现在已经发展为一个新的理论,即理想的唯一分解理论.也是现代代数数论与代数曲线理论的基础.   设K/Q是有理数域Q的代数扩张,且扩张次数为d.在代数数论对理想的研究中,理想的范是一个非常重要的概念.设α是数域K上的一个非零的整理想,且(O)K是代数数域K的整环.那么整理想α的范定义为(n)α=|(O)K/α|.它可以反映整理想许多的代数性质.   我们也可以用解析方法来研究代数数论.类似于Riemannzeta函数,Dedekind引进了一个新的函数,称为Dedekindzeta函数.对于扩张次数为d的代数数域K,它的Dedekindzeta函数(ζ)K(s)定义为(ζ)K(s)=∑α1/(n)αs((R)s>1),其中α遍历K上所有的非零整理想,且(n)α表示整理想α的范.   用aK(n)来表示K上范为n的整理想的个数,我们可以将Dedekindzeta函数重新写成(ζ)(s)=∞∑n=1aK(n)/ns(Rs>1).它实际上是一个第n项系数为aK(n)的DirichletL函数.算术函数aK(n)反映了数域K上的许多的代数性质.许多的数学家对此感兴趣,并作出了大量的研究.   Chandraseknaran和Good在文献[4]中证明了算术函数aK(n)是乘性函数,并且满足aK(n)≤(τ)(n)d,其中(τ)(n)是除数函数,且d=[K:Q].   很多作者(参见[4],[5],[38],[39],[42],[43],[44],[46]等)也对其作了深入的研究,给出了aK(n)的均值的渐近估计,并且给出了aK(n)的l次均值估计.   本文中,我们讨论算术函数aK(n)在稀疏集上的均值估计,即考虑和式∑n≤xaK(nm)l(0.1)的估计,其中l≥2,m≥2为整数.   在第一章中,设K是Q的d次Galois扩张,利用代数数域中素理想分解定理,我们给出了算术函数aK(n)的一种表示方法,构造出相应的L函数,利用分析中的方法,我们可以得到下面的结果   定理1.1.设K是Q的d≥2次Galois扩张,且l≥2为整数,当d是奇数时,我们有∑n≤xaK(n2)l=xPm(logx)+O(x1-3/md+6+ε),其中m=(C(d+1,2))l/d,Pm(t)是关于变量t的次数为m-1的多项式,C(m,n)=m!/(m-n)!n!,且ε>0是任意小的常数.   定理1.2.设K是Q的d≥2次Galois扩张,且l≥2为整数,当d是偶数时,我们有∑n≤xaK(n2)l=xPα+β(logx)+O(x1-3/dβ+α+6+ε),其中α=(C(d/2,1))l,β={(C(d+1,2))l-(C(d/2,1))l}/d,Pm(t)是关于变量t的次数为m-1的多项式,C(m,n)=m!/(m-n)!n!,且ε>0是任意小的常数.   上述定理假设了代数域K是Q的Galois扩张,我们要讨论其它的情况.在第二章中,我们讨论当K不是Q的Galois扩张时,和式(0.1)的估计.   设K3是Q三次非正规扩张,由不可约多项式f(x)=x3+ax2+bx+c给出.根据强Artin猜想,以及模形式Fourier系数的若干性质,利用对自守L函数相关的研究方法,我们对和式∑n≤xaK3(nm)(m=2,3)进行估计,得到以下结果定理2.1.对于三次非正规扩张K3,有关系式∑n≤xaK3(n2)=cx+O(x19/27+ε),其中c是常数,且ε>0是任意小常数.   定理2.2.对于三次非正规扩张K3,有关系式∑n≤xaK3(n3)=C1xlogx+C2x+O(x29/37+ε),其中C1与C2为常数,且ε>0是任意小常数.   令K1与K2分别是两个不同的二次域.记aKi(n)(i=1,2)分别为在二次域K1与K2上范为n的整理想的个数.则它们的Dedekindzeta函数分别为(ξ)K1(s)=∞∑n=1aK1(n)/ns(Rs>1),(ξ)K2(s)=∞∑n=1aK2(n)/ns(Rs>1).   在第三章中,我们研究不同代数域上Dedekindzeta函数的系数乘积的均值估计,即关于卷积和∑n≤xaK1(nj)laK2(nj)l(j=1,2;l=1,2,3,…)的渐近估计.得到如下结果   定理3.1.设Ki=Q(√di)(i=1,2)是判别式为di的二次域,且(d1,d2)=1.那么对任意的ε>0与整数l≥2,可以得到∑n≤xaK1(n)laK2(n)l=xPK1,K2(logx)+O(X1-3/4l+ε),其中PK1,K2表示秩为4l-1-1的多项式.   定理3.2.设K=Q(√di)(i=1,2)是判别式为di的二次域,且(d1,d2)=1.那么对任意的ε>0与整数l≥2,可以得到∑n≤xaK1(n2)laK2(n2)l=x(P)K1,K2(logx)+{O(x1-3/10+ε),其中l=1O(x1-3/9l+ε),其中l≥2.其中(P)K1,K2表示秩为M2+2M的多项式,且M=(3l-1)/2.   我们还讨论了代数数域K上的k维除数问题.定义(τ)Kk(n)=∑n(a1a2…ak)=n1,其中ai(i=1,2,…,k)为代数数域K上的非零整理想,且k≥1为整数.对有理数域Q上的Galois扩张,我们研究了和式∑n≤xτKk(n)=∑n(a1a2…ak)≤n1在稀疏集上的分布.   在第四章中,我们得到以下结果   定理4.1.令K是关于Q的d≥2次Galois扩张,当d是奇数时,我们可以得到∑n≤x(τ)Kk(n2)=xPm(logx)+O(x1-3/md+6+ε),其中k≥2是整数,m=(k2d+k)/2,Pm(t)是关于变量t的m-1次多项式,且ε>0是任意小的常数.   定理4.2.设K是二次域,且k≥2为整数.则∑n≤x(τ)Kk(n2)=xPm(logx)+O(x1-3/k2+m+2+ε),当k≥3,我们可以得到更精确的余项∑n≤x(τ)Kk(n2)=xPm(logx)+O(x1-3/k2+m+ε),其中m=k2+k,Pm(t)是关于变量t的m-1次多项式,且ε>0是任意小的常数.
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