КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 19-11-00001

НазваниеФеномен сумм произведений и задачи теории чисел

РуководительШкредов Илья Дмитриевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Математический институт им. В.А. Стеклова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2019 г. - 2021 г.  , продлен на 2022 - 2023. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-103 - Теория чисел

Ключевые словаТеория чисел, аддитивная комбинаторика, комбинаторная теория чисел, цепные дроби, мультипликативные подгруппы, тригонометрические суммы

Код ГРНТИ27.15.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Настоящий проект посвящен решению актуальных проблем теории чисел. В своих исследованиях мы используем методы аддитивной комбинаторики, аналитические методы, теорию роста в группах, методы геометрии чисел и тригонометрических сумм. Наш основной подход базируется на последних достижениях теории сумм произведений. Мы применим метод сумм произведений к задаче Зарембы из теории цепных дробей, оценкам сумм Клоостермана и их обобщений, получим новые результаты о росте в матричных группах, получим новые приложения теории сумм произведений и инциденций к задачам теории функций и геометрии, а также докажем оптимальный результат в задаче о структуре множеств богатых прямых в конечных полях, исследуем диофантово уравнение с функцией Эйлера, изучим константы, отражающие размер частных двух множеств целых чисел в различных интервалах натурального ряда, получим более точную оценку на длину строки s так, что почти все строки длины s встречаются в разложении числа вида a/p в системе счисления по основанию g, продвинемся в задаче Балога о порождении простого поля произведениями разностей, изучим свойства функции мер иррациональности вещественных чисел в смысле совместных приближений, изучим точки в спектре Маркова, не лежащие в спектре Лагранжа, большие квадратного корня из 12, изучим неотрицательность сумм символов Лежандра на локальном и глобальном уровнях, докажем верхнюю оценку на число вычетов таких, что набор из n фиксированных полиномов принимает значения из фиксированной подгруппы G мультипликативной группы поля Z_p, обобщим эту оценку для набора алгебраических функций, оценим целый ряд новых комбинаторных тригонометрических сумм по аддитивным и мультипликативным характерам.

Ожидаемые результаты
Все поставленные задачи являются новыми. Шкредов-Мощевитин. С помощью метода сумм произведений (метод Х. Хельфготта) продвинуться в направлении гипотезы Зарембы из теории цепных дробей. А именно, доказать оптимальную верхнюю оценку на количество чисел a из F_p таких, что a/p имеет ограниченные неполные частные. Переформулировка : найти a такое, что доля ограниченных неполных частных в a/p составляет долю (1-\epsilon) долю от ее длины. Шкредов-Штейников. Получить новую оценку на аддитивную энергию мультипликативной подгруппы в F_p размера меньше, чем корень из p, а также для множеств с малым мультипликативным удвоением в R. Доказать новые нижние оценки на суммы и разности множеств с малым мультипликативным удвоением в R. Шкредов. Мы получим новые приложения теории сумм произведений и инциденций. Например, мы докажем классической теоремы Элекеша : множество L, |L| \le p прямых в F_p \times F_p, имеющих \gg |A| точек в декартовом произведении решетки A\times A устроено следующим образом: либо есть \gg |L| параллельных, либо \gg |L| прямых, проходящих через одну точку. При этом ,будет описана структура множества A, что никогда не делалось ранее. Также с помощью метода сумм произведений мы продвинемся в задачах об оценках некоторых тригонометрических сумм, в оценках аддитивных энергий полиномиальных образов множеств с малым удвоением и др. Мощевитин. Предполагается изучить свойства функции мер иррациональности вещественных чисел и наборов вещественных чисел (в смысле совместных приближений). Предполагается получить результат о том, что функции мер иррациональности для двух различных чисел не могут быть очень близки и, в частности, усилить недавний результат А. Дубицкаса. В аналогичной задаче о функциях мер иррациональности для совместных приближений двух чисел предполагается построить пример двух различных независимых векторов с близкими функциями меры иррациональности и с совпадающими последовательностями знаменателей наилучших приближений. Вьюгин. Планируется получить верхнюю оценку числа таких x из поля вычетов по простому модулю Z_p, что набор из n фиксированных полиномов принимает в x значения из фиксированной подгруппы G мультипликативной группы поля Z_p. Ожидается, что количество таких $x$ не превосходит C|G|^{1/2+1/(2n)}, где величина C зависит лишь от количества и степеней полиномов. Значимость такого рода оценок подтверждается их применениями. В частности данная оценка может применяться как для оценки новых тригонометрических сумм, так и для получения результатов о неразложимости подгруппы G в виде "полиномиальной суммы" двух множеств, т.е. множества P(A,B)={P(a,b) | a\in A, b\in B}. Планируется получить аналог предыдущей оценки над комплексным полем, где в качестве подгруппы берутся корни из единицы фиксированной кратности. Это может позволить перенести некоторые результаты аддитивной комбинаторики над полем вычетов на поле комплексных чисел. В последствии мы планируем получить обобщение такого рода оценки, для набора алгебраических функций. Арутунян. Ожидается получить новые оценки на мощность множества определителей из матриц, элементы которых берутся из некоторого конечного подмножества поля, в зависимости от мощности этого подмножества. Аналогичный результат должен быть получен для перманента. Это развивает некоторые идеи и усиливает результаты статей D. Koh, T. Pham, C.-Y. Shen, L. A. Vinh, D. Covert, D. Hart, A. Iosevich, D. Koh, M. Rudnev и других. Волостнов. Продвинуться в решении задачи Балога: (A-A)^n = F_p для |A| > p^{1/2+\eps} и конечного n=n(\eps), а именно ослабить границу |A| > p^{1/2+\eps}. Использовать и связать эту задачу с оценками Чанг и Волостнова-Шкредова по суммам мультипликативных характеров по суммам множеств. Семченков. Мы рассмотрим уравнение n-phi(n) = с и оценим число его решений в зависимости от параметра c. В случае когда число n имеет лишь два простых делителя мы выразим число решений через число решений в бинарной гипотезе Гольдбаха, разберем другие случаи малого числа простых делителей, а также получим универсальную субэкспоненциальную верхнюю верхнюю оценку на число решений. Будет предъявлена также и нижняя граница на количество решений. Штейников. Ожидается улучшение константы, отражающей размер частных двух множеств целых чисел заданных в специальном интервале. Данное улучшение будет важным дальнейшим продвижением в изучении произведений и частных множеств целых чисел. Также планируется получить более точную оценку на длину строки s, что почти все строки длины s встречаются в разложении числа вида a/p в системе счисления по основанию g. Калмынин. Мы изучим относительная плотность простых Борвейна-Чхве-Кунса и свяжем ее с путями Дика. В частности, мы докажем, что плотность простых Борвейна-Чхве-Кунса --- нулевая. Королев. Мы получим новые оценки для двойных сумм Клоостермана, оценив специальную систему сравнений по составному модулю с небольшим числом переменных и докажем, что она имеет малое количество решений. Полученную оценку мы применим к вопросам равномерного распределения обратных. Гайфулин. Мы найдем большие новые числа из спектра Маркова, которые лежащие в спектре Лагранжа. Варьируя хвост таких соответствующих последовательностей, мы оценим размерность Хаусдорфа разности спектров. Мы улучшим оценку Бамби о максимальном числе, меньше которого спектры Маркова и Лагранжа имеют меру ноль. Все поставленные цели будут достигнуты, для этого у соискателей имеется огромный задел, используемые нами методы исследования систематически и успешно применялись в решении родственных задач.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В рамках проекта получены новые приложения теории сумм произведений и инциденций. В классической оригинальной постановке задачи сумм произведений мы нашли наилучшую на сегодняшний день оценку на max{|A+A|, |AA|} для достаточного малого подмножества A из F_p. Для множеств с малым удвоением найдена лучшая на сегодняшний момент оценка на аддитивную энергию, а также на их сумму и разность, найдены проложения к базисным свойствам мультипликативных подгрупп и к распределению максимального расстояния между элементами подгруппы. Получены новые приложения теории сумм произведений и инциденций : найдена точная верхняя оценка на число Зарембовских чисел, а также установлена асимптотическая формула для количества чисел a таких, что a/p имеет ограниченные неполные частные для почти всех точек из промежутка, кроме того, мы связали данный круг вопросов с комбинаторными задачами о числе инциденций в гиперболах. Изучена связь задач сумм и произведений с ростом в группе Гейзенберга и в аффинной группе. Феномен сумм--произведений изучался для подмножеств вещественной прямой дробной хаусдорфовой размерности. Доказан новый критерий плохо-приближаемости n-мерных вещественных векторов, связанный с ростом знаменателей наилучших приближений, получены одномерные и многомерные соотношения на близость функций мер иррациональности двух независимых вещественных чисел, которые оказались точными по порядку. Получена верхняя оценка числа решений алгебраического уравнения P(x,y)=0, для многочлена с ненулевым свободным членом, над полем характеристики p, принадлежащих объединению некоторого количества смежных классов по подгруппе мультипликативной группы поля. Получен ряд результатов о производной функции Минковского (равенство нулю и бесконечности). Получены результаты о распределении длинных сумм характеров. Были получены новые оценки сумм Клоостермана с простыми числами, а именно, найдена нетривиальная оценка суммы Клоостермана с простыми числами по простому модулю q, нетривиальна в случае, когда число слагаемых X превышает модуль в степени 0.5+\epsilon, где \epsilon – скол угодно малое фиксированное число, получена нетривиальная оценка суммы Клоостермана с простыми числами по произвольному (не обязательно простому) модулю q в случае, когда длина X суммы находится между q^(3/4) и q^(3/2), исследованы сопутствующие вопросы. Препринты: arXiv:1911.12005v1 arXiv:1911.07487v1 arXiv:1905.00291 arXiv:1808.08465 arxiv.org/abs/1901.01846 arXiv:1911.10634v1 [math.NT] 24 Nov 2019 arXiv:1911.09981v1 [math.NT] 22 Nov 2019 arXiv: https://arxiv.org/abs/1911.12589

 

Публикации

1. Вьюгин И.В., Макарычев С.В. Solutions of Polynomial Equations in Subgroups of F^∗_p Arnold Mathematical Journal, 5:105-121 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1007/s40598-019-00112-z

2. Королев М.А. Короткие суммы Клоостермана с простыми числами Математические заметки, т. 106, вып. 1, 84-94 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.4213/mzm12339

3. Мерфи Б., Мощевитин Н.Г., Шкредов И.Д. Popular Products and Continued Fractions Israel Journal of Mathematics, - (год публикации - 2020)

4. Мерфи Б.,Руднев М.,Штейников Ю.Н., Шкредов И.Д. On the few products, many sums problem Journal de Theorie des Numbres de Bordeaux, т. 31, вып.3, 1-31 (год публикации - 2019)

5. Руднев М., Шакан Дж., Шкредов И.Д. Stronger sum-product inequalities for small sets American Mathematical Society, 1-13 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1090/proc/14902

6. Шкредов И.Д. Some remarks on products of sets in the Heisenberg group and in the affine group Walter de Gruyter GmbH, 1-11 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1515/forum-2019-0181


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В рамках проекта получены новые приложения теории сумм произведений и инциденций. Мы получили серию результатов о количественной форме в модулярной гипотезы Зарембы, впервые доказали результат об инциденциях для нелинейных объектов в конечном поле, получили приложения к оценке билинейных сумм Клоостермана с общими весами, получили наилучшую оценки для аддитивная энергии произвольного множества действительных чисел с малым произведением. Собственно в принципе сумм произведений мы нашли наилучшую на сегодняшний момент экспоненту роста, начали изучать принцип сумм-произведений для экспандеров от подмножеств действительных чисел с положительной Хаусдорфовой размерностью. Существенным образом мы продвинулись в гипотезе Эрдеша--Шаркози об аддитивной представимости мультипликативных подгрупп. Изучена новая связь винеровской нормой множеств и его мультипликативной энергией, кроме того, мы доказали что любое симметричное подмножество S абелевой группы имеет ненулевой коэффициент Фурье размера \Omega( |S|^{1/3}). В задаче о производной функции Минковского получен точный ответ, что завершает серию работ И. Кана и Гайфулина совместно с И. Каном. Продолжено изучение неполных сумм Клоостермана и их приложений к задачам аналитической теории чисел. В частности, найдена оценка короткой «однородной» суммы Клоостермана по произвольному модулю, при этом суммирование в которой ведётся по простым числам, исследована аналогичная задача для короткой «неоднородной суммы» Клоостермана. Далее, изучалась осцилляция полных сумм Клоостермана S(n,1,p) по простому модулю p, и получен нетривиальный результат в случае когда длина промежутка осреднения больше корня. С помощью оценок полных сумм Клоостермана и явных формул для них исследовалась представимость заданного вычета m по по модулю вида q = 3^{n} в виде суммы k слагаемых вида g(p), где p – простое число из промежутка с малой длиной, а g(x) = ax*+bx (mod q). Изучалось поведение главного члена асимптотики для числа решений в зависимости от параметров a,b,m и k задачи. Показано, что множество простых чисел, таких, что суммы символов Лежандра положительны на всех начальных отрезках вещественного луча, имеет плотность, стремящуюся к нулю. Установлена взаимосвязь между этим вопросом, случайными мультипликативными функциями и максимумами гауссовских процессов. Доказано, что параметр стохастичности множества квадратичных вычетов может значительно отличаться от своего среднего значения, кроме того, доказано, что множество тех модулей, для которых этот параметр меньше соответствующего среднего значения, имеет положительную нижнюю плотность. Препринты: arXiv:2008.00764v1 [math.CO] arXiv:2010.03020v2 [math.NT] arXiv:2004.10038v1 [math.CO] arXiv:2003.12785v1 [math.NT] arXiv:1912.03483v1 [math.NT] arXiv:1911.12005v1 [math.CO] arXiv:1911.07487v1 [math.NT] arXiv:1905.00291v1 [math.NT] arXiv:1911.10634v1 [math.NT] arXiv:1911.12589v2 [math.NT] arXiv:1911.09981v1 [math.NT] arXiv:1901.01846v2 [math.NT] arXiv:2005.05315v1 [math.NT] arXiv:2008.08684v1 [math.CO] arXiv:2002.00433v1 [math.NT] arXiv:2010.04982v2 [math.NT] arXiv:2011.11468v1 [math.NT]

 

Публикации

1. Габдуллин М.Р. On the Stochasticity Parameter of Quadratic Residues DAN, Vol. 101, No. 2, pp. 93–95 (год публикации - 2020)

2. Королев М.А. Kloosterman sums over primes of composite moduli Research in Number Theory, volume 6, Article number: 24 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s40993-020-00201-5

3. Королев М.А. Kloosterman sums with primes and the solvability of one congruence with inverse residues — II Чебышевский сборник, 21(1) (2020), 221-232 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.22405/2226-8383-2020-21-1-221-232

4. Королев М.А., Чанга М.Е. Новая оценка суммы Клоостермана с простыми числами Матем. заметки, 108:1 (2020), 94–101 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.4213/mzm12693

5. Королев М.А., Шпарлинский И.Е. Sums of algebraic trace functions twisted by arithmetic functions Pacific J. Math., 304:2 (2020), 505–522 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.2140/pjm.2020.304.505

6. Лев В., Шкредов И.Д. Small doubling in prime-order groups: from 2.4 to 2.6 Journal of Number Theory, Volume 217, 278--291 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.jnt.2020.05.009

7. Мёрфи Б., Мощевитин Н.Г., Шкредов И.Д. Popular products and continued fractions Israel J. Math., 238, 807–835 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s11856-020-2039-3

8. Ольмезов К.И., Семченков А.С., Шкредов И.Д. О популярных суммах и разностях для множеств с малым мультипликативным удвоением Математические Заметки, 108:4 (2020), 557-565 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.4213/mzm12638

9. Руднев М., Шакан Г., Шкредов И.Д. Stronger sum-product inequalities for small sets Proc. AMS, 148 (2020), 1467–1479 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1090/proc/14902

10. Семченков А.С. О разностях мультипликативных функций и решениях уравнения n-phi(n)=c Математические Заметки, - (год публикации - 2021)

11. Шкредов И.Д. Any small multiplicative sugroup is not a sumset Finite Fields and Their Applications, 63, 101645 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/jff.a.2020.101645

12. Шкредов И.Д. A Remark on Sets with Small Wiener Norm Springer, Cham, Trigonometric Sums and Their Applications, eds. Raigorodskii A., Rassias M. (eds), 261–272 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/978-3-030-37904-9_12


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Получена нетривиальная верхняя оценка на константы удвоения и аддитивную/мультипликативную энергию комбинаторного куба в множестве действительных чисел, а также на мультипликативную энергию любого куба размера O(p^{13/23}) в поле F_p. Получена новая оценка, связывающая первое нетривиальное собственное значение оператора Лапласа на графе и диаметр этого графа. Изучено понятие удвоения для сохраняющих меру отображений счетной абелевой группы. Впервые, так-называемые GCD--суммы приложены к задачам аддитивной комбинаторики и теории чисел. Исследовано специальное сравнение с обратными величинами по произвольному модулю. Установлено, что для неполной суммы Клоостермана длины N по модулю q вида p^r, где p – простое число, r > 3 – целое, нетривиальная оценка со степенным понижением возможна уже в случае, когда N > q^{1/(r-1)+\eps}. Решена задача о равномерных оценках функции Минковского для всех возможных значений производной, построены соответствующие примеры, доказывающие оптимальность. Показано, что оптимальная константа для равномерных оценок ровно в два раза меньше, чем для локальных. Проведено исследование по случайным мультипликативным функциям, при помощи адаптации методов А. Харпера получена оценка на считающую функцию вида m(N)<<(ln N)^{-c} для c=0.0368. Улучшена оценка на количество остатков последовательности n! по простому модулю, на отрезках длины меньшей p. Удалось получить оптимальные оценки в нескольких задач с суммами и произведениями для плотных множеств в конечном поле с помощью новой техники врапперов. Изучены последовательности натуральных чисел с мультипликативной структурой вида kf(k), где f --  мультипликативная фукция, найдены порядки роста считающих функций таких последовательностей для случаев функции делителей, функции числа простых делителей и функции Эйлера. Получены новые результаты о неоднородных приближениях со взаимно простыми числами, доказана теорема о совместном поведении нескольких функций мер иррациональности вещественных чисел, установлен новый критерий плохо приближаемых вещественных векторов. Доказано, что всякое число из спектра Дирихле в задаче о двумерных совместных приближениях в евклидовой норме достигается на хорошо приближаемом векторе. Были рассмотрена задача представления подгруппы в виде образа полинома от двух переменных и доказано, что, если подгруппа G=P(A,B) то это возможно, только если мощности множеств A и B близки в sqrt{|G|}). Найдено нелинейное обобщение теоремы Конягина и Шпарлинского: пусть P(x,y) - многочлен над F_p, имеющий нулевой свободный член, но имеющий хотя бы два ненулевых монома минимальной степени тогда число его нулей, принадлежащих объединению h различных смежных классов по подгруппе G мультипликативной группы поля, не более чем C(h|G|)^{2/3}. Препринты: http://arxiv.org/abs/2004.10038 arXiv:2010.03020v2 [math.NT] 24 Oct 2020 arXiv:2008.00764v1 [math.CO] 3 Aug 2020; arXiv:2111.05751 arXiv:2106.09615 arXiv:2103.14670 arXiv:2101.09770 https://arxiv.org/abs/2107.00461 https://arxiv.org/abs/2105.06910 https://arxiv.org/abs/1911.10634 https://arxiv.org/abs/2011.11468 https://arxiv.org/abs/2108.08778 https://arxiv.org/abs/2102.00543

 

Публикации

1. Бьерклунд М., Фиш А., Шкредов И.Д. Sets of transfer times with small densities Journal de l'Ecole polytechnique--Mathematiques, 8 (2021): 311--329 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.5802/jep.147

2. Гайфулин Д.Р., Кан И.Д. Стационарные точки функции Минковского Математический сборник, 2021, том 212, номер 10, страницы 3–15 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1070/SM9419

3. Даниярходжаев А.Т., Королев М.А. Об одном тождестве Рамануджана и его обобщениях Математические заметки, 110:4 (2021), 524–536 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.4213/mzm13163

4. Королев М.А. Суммы Клоостермана с простыми числами и разрешимость одного сравнения с обратными вычетами Труды МИАН, 314, МИАН, М., 2021, 103–133 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.4213/tm4164

5. Королев М.А., Резвякова И.С. Incomplete Kloosterman sums to prime power modules Bulletin, Classe des Sciences Mathématiques et Naturelles, Sciences mathématiques, 46 (2021), 73–92 (год публикации - 2021)

6. Семченков А.С. О разностях мультипликативных функций и решениях уравнения n−φ(n)=c Математические заметки, том 109, выпуск 4, страницы 608–615 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.4213/mzm12280

7. Шкредов И.Д. О спектральном зазоре и диаметре графов Кэли Труды МИАН, 2021, том 314, страницы 318–337 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.4213/tm4199

8. Шкредов И.Д. Modular hyperbolas and bilinear forms of Kloosterman sums Journal of Number Theory, 20 (2021) 182--211 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.jnt.2020.06.014

9. Шкредов И.Д. On some applications of GCD sums to arithmetic combinatorics Journal of Number Theory, 231 (2022): 433--450 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.jnt.2021.05.011

10. Шкредов И.Д. On sums and products of combinatorial cubes Finite fields and their applications, Volume 77, January 2022, 101948 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.ffa.2021.101948

11. Шкредов И.Д. Некоммутативные методы в аддитивной комбинаторике и теории чисел Успехи математических наук, 76:6 (462) (2021): 215--276. (год публикации - 2021)


Возможность практического использования результатов
не указано