首先,他需要把整数嵌入到一个连续空间中。
不是实数轴,那太平凡了。
他需要的是一个能够同时编码乘法和加法结构的高维空间。
阿德尔环闪过他的脑海。
那是代数数论中的標准工具,把所有素数p的p进数域和实数域放在一起,形成一个巨大的拓扑环。
整数在这个环中的嵌入是n?(n,n,n,。。。),每个分量是n在对应完备化中的像。
但肖宿想要的不是標准阿德尔环,而是一个经过“辛整形”的版本。
他写下第一行:
定义1(顾—辛特徵空间):设x为所有素数p对应的p进数域的受限乘积,赋予由顾—辛度量定义的拓扑结构。对於每个整数n,定义嵌入φ:?→x,使得φ(n)的第p分量为nmodp^k的极限。
这个定义不算新鲜。但接下来,肖宿做了关键的一步。
他引入了一个“加权函数”w(p)=(p—1)p·logp。
这个函数来自他在《数学发明》上发表的那篇关於有理点估计的论文,在那篇论文中,他用这种加权函数修正了点分布的误差项。
定义2(加权度量):对於x中的两点x=(x_p)和y=(y_p),定义它们之间的距离为d(x,y)=Σw(p)·|x_py_p|_p
其中|·|_p是p进绝对值。
这个度量很奇怪。
它是一维p进度量的加权和,权重与素数的大小有关。
大素数贡献更大,小素数贡献更小。
就好像在说,素数的“重要性”与其大小成正比。
肖宿写下这个定义后,停顿了一下。
这个度量能收敛吗?
他快速估算了一下。
|x_py_p|_p的最大值是1,所以级数受控於Σw(p)。
而Σw(p)~Σ(logp)p,这是一个发散级数,就像调和级数一样,缓慢地、但坚定地趋向无穷。
所以d(x,y)可以是无穷大。
那就有意思了。
只有当x和y“足够接近”时,距离才有限。
肖宿的眼睛亮了。